Ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками: Генератор из асинхронного двигателя своими руками: 3 схемы

Содержание

Генератор из асинхронного двигателя своими руками: 3 схемы

Как подобрать электродвигатель

Чтобы исключить ошибки на стадии проекта необходимо уделить внимание конструкции приобретаемого двигателя, а также его электрическим характеристикам: потребляемой мощности, величине напряжения питания, числу оборотов ротора.

Асинхронные машины обратимы.

Они способны работать в режиме:

· электродвигателя, когда на них подается внешнее напряжение;

· или генератора, если их ротор вращает источник механической энергии, например, водяное либо ветряное колесо, двигатель внутреннего сгорания.

Обращаем внимание на заводскую табличку, конструкцию ротора и статора. Учитываем их особенности при создании генератора.

Что надо знать о конструкции статора

У него на общем сердечнике магнитопровода намотаны три изолированных обмотки для питания от каждой фазы напряжения.

Их подключают одним из двух способов:

1. Звездой, когда все концы собраны в одну точку. На 3 начала и общий вывод концов подается напряжение по четырем проводам.

2. Треугольником — конец одной обмотоки подключен к началу другой так, что схема собрана кольцом и из нее выходят всего три провода.

Более подробно эта информация изложена в статье моего сайта о подключении трехфазного двигателя в бытовую однофазную сеть .

Особенности конструкции ротора

На нем тоже создан магнитопровод и три обмотки.

Они соединяются одним из двух способов:

1. через контактные выводы у двигателя с фазным ротором;

2. накоротко замкнуты алюминиевой вставкой в конструкцию беличьего колеса — асинхронные машины.

Нам нужен ротор короткозамкнутый. Все схемы разработаны для него.

Конструкцию фазного ротора тоже можно использовать в качестве генератора. Но ее придется переделать: просто шунтируем все вывода между собой закоротками.

Преимущества и недостатки генератора

К положительным качествам разработки принадлежат:

  1. Простая и быстрая сборка с возможностью избежать разборки электродвигателя и перемотки обмотки.
  2. Способность осуществлять вращение электротока с помощью ветряной либо гидротурбины.
  3. Применение устройства в системах мотор-генератор, чтобы преобразовать однофазную сеть (220В) на трехфазную (380 В).
  4. Способность использовать разработку в местах отсутствия электричества, применяя для раскрутки двигатель внутреннего сгорания.

Минусы:

  1. Проблематичность расчета емкости конденсата, который присоединяется к обмоткам.
  2. Сложно достичь максимальной отметки мощности, на которую способна самостоятельная разработка.

Самодельный генератор из асинхронного двигателя

Принцип работы

Генератор вырабатывает электрическую энергию при условии, что количество оборотов ротора несколько выше синхронной скорости. Самый простой тип вырабатывает порядка 1800 об/мин., учитывая, что уровень его синхронной скорости становится 1500 оборотов.

Его принцип действия основывается на переработке механической энергии в электроэнергию. Заставить ротор вращаться, и производить электричество можно с помощью сильного крутящегося момента. В идеальном варианте – постоянный холостой ход, который способен поддерживать одинаковую скорость движения.

Все виды моторов, работающие от силы непостоянного тока, называются асинхронными. У них магнитное поле статора кружится скорее, чем поле ротора, соответственно направляя его в сторону своего движения. Чтобы изменить электромотор на функционирующий генератор понадобится повысить скорость передвижения ротора, чтобы он не следовал за магнитным полем статора, а начал двигаться в другую сторону.

Получить подобный результат можно, подключив прибор к электросети, конденсатор с большой емкостью или целую группу конденсаторов. Они заряжаются и скапливают энергию от магнитных полей. Фаза конденсатора имеет заряд, который противоположен источнику тока мотора, из-за чего происходит замедление работы ротора, и начинается выработка тока статорной обмоткой.

Схема генератора

Схема очень простая и не нуждается в наличии специальных знаний и умений. Если запустить разработку не подключая ее к сети, начнется вращение и, после выхода на синхронную частоту, статорная обмотка станет образовывать электрическую энергию.

Прикрепив к ее зажимам специальную батарею из нескольких конденсаторов (С) можно получить опережающий емкостный ток, который будет создавать намагничивание. Емкость конденсаторов должна быть выше критического обозначения С0, которое зависит от габаритов и характеристик генератора.

В данной ситуации происходит процесс самостоятельного запуска, а на статорной обмотке монтируется система с симметричным трехфазным напряжением. Показатель создаваемого тока напрямую зависит от емкости для конденсаторов, а также характеристики машины.

Простейшая схема включения асинхронного двигателя

Работа двигателя в режиме генератора

Любой асинхронный электрогенератор используется в качестве некоего трансформатора, где механическая энергия от вращения вала двигателя, преобразуется в переменный ток. Такое становится возможным тогда, когда его скорость становится выше синхронной (порядка 1500 об/мин).  Классическую схему переделки и подключения двигателя в режиме электрогенератора с выработкой трехфазного тока можно легко собрать своими руками:

Чтобы достичь такой стартовой частоты вращения, необходимо приложить довольно большой крутящий момент (например, за счет подключения двигателя внутреннего сгорания в бензогенераторе или крыльчатки в ветряке). Как только частота вращения достигает значения синхронной, начинает действовать конденсаторная батарея, создающая емкостный ток. За счет этого происходит самовозбуждение обмоток статора и выработка электрического тока (режим генерирования).

Необходимым условием устойчивой работы такого электрогенератора с промышленной частотой сети 50 Гц, является соответствие его частотных характеристик:

  1. Скорость его вращения должна превышать асинхронную (частоту работы самого двигателя) на процент скольжения (от 2 до 10%),
  2. Значение скорости вращения генератора должно соответствовать синхронной скорости.

Как самостоятельно собрать асинхронный генератор?

Обладая полученными знаниями, смекалкой и умением работать с информацией, можно своими руками собрать/переделать работоспособный генератор из двигателя. Для этого необходимо совершить точные действия следующей последовательности:

  1. Вычисляется реальная (асинхронная) частота вращения двигателя, который планируется применить в качестве электрогенератора. Для определения оборотов на подключенном к сети агрегате можно использовать тахограф,
  2. Определяется синхронная частота двигателя, которая одновременно будет асинхронной для генератора. Здесь учитывается величина скольжения (2-10%). Допустим, измерения показали скорость вращения на уровне 1450 об/мин. Требуемая частота работы электрогенератора будет составлять:

nГЕН = (1,02…1,1)nДВ= (1,02…1,1)·1450 = 1479…1595 об/мин,

  1. Подбор конденсатора необходимой емкости (используются стандартные сравнительные таблицы данных).

На этом можно и поставить точку, но если требуется напряжение однофазной сети 220В, то режим функционирования такого устройства потребует внедрения в приведенную ранее схему понижающего трансформатора.

Виды генераторов на базе двигателей

Покупка штатного готового эл генератора – удовольствие отнюдь не из дешевых и вряд ли по карману практическому большинству наших сограждан. Прекрасной альтернативой может послужить самодельный генератор, его можно собрать при достаточных познаниях в области электротехники и слесарного дела. Собранное устройство может успешно использоваться в качестве:

  1. Электрогенератора с самозапиткой. Пользователь может своими руками получить устройство для выработки электроэнергии с длительным периодом действия вследствие самостоятельной подпитки,
  2. Ветрогенератора. В качестве движителя, необходимого для пуска двигателя, используется ветряк, который вращается под воздействием ветра,
  3. Генератора на неодимовых магнитах,
  4. Трехфазного бензогенератора,
  5. Однофазного маломощного генератора на двигателях электроприборов и т. д.

Переделка своими руками стандартного мотора в действующее генерирующее устройство – занятие увлекательное и очевидно экономящее бюджет. Таким образом можно переделать обычный ветряк, соединив его с двигателем для автономной выработки энергии.

Схема асинхронного генератора с подключением конденсаторов к двум обмоткам

Этот вариант довольно популярен. Он позволяет питать от двух обмоток три группы потребителей:

  • две напряжением 220 вольт;
  • одну — 380.


Рабочий и пусковой конденсаторы подключаются в схему отдельными выключателями.

На основе этой же схемы можно создать самодельный генератор с подключением конденсаторов к одной обмотке асинхронного двигателя.

Схема треугольника

При сборке обмоток статора по схеме звезды генератор будет выдавать трехфазное напряжение 380 вольт. Если осуществить их переключение на треугольник, то — 220.


Приведенные выше на картинках три схемы являются базовыми, но не единственными. На их основе могут создаваться другие способы подключения.

Как рассчитать характеристики генератора по мощности двигателя и емкости конденсаторов

Для создания нормальных условий работы электрической машины необходимо соблюсти равенство ее номинального напряжения и мощности в режимах генератора и электродвигателя.

С этой целью подбирают емкость конденсаторов с учетом вырабатываемой ими реактивной мощности Q при различных нагрузках. Ее величину рассчитывают по выражению:

Q=2π∙f∙C∙U2

Из этой формулы, зная мощность двигателя, для обеспечения полной нагрузки можно рассчитать емкость батареи конденсаторов:

С=Q/2π∙f∙U2

Однако, следует учесть режим работы генератора. На холостом ходу конденсаторы станут излишне нагружать обмотки и нагревать их. Это приводит к большим потерям энергии, перегреву конструкции.

Для устранения подобного явления конденсаторы подключают ступенчато, определяя их количество в зависимости от приложенной нагрузки. Чтобы упростить подбор конденсаторов для запуска асинхронного двигателя в режиме генератора, создана специальная таблица.

Мощность генератора (кВА) Режим полной нагрузки Режим холостого хода
cos φ=0.8
cos φ=1
Q (кВАр) С (мкф)
Q (кВАр) С (мкф) Q (кВАр) С (мкф)
15 15,5 342 7,8 172 5,44 120
10 11,1 245 5,9 130 4,18 92
7 8,25 182 4,44 98 3,36 74
5 6,25 138 3,4 75 2,72 60
3,5 4,53 100 2,54 56 2,04 45
2 2,72 60 1,63 36 1,27 28

Для использования в составе емкостной батареи хорошо подходят пусковые конденсаторы серии K78-17 и им подобные с рабочим напряжением от 400 вольт и больше. Вполне допустимо заменить их металлобумажными аналогами с соответствующими номиналами. Собирать их придется параллельным подключением.

Использовать модели электролитических конденсаторов для работы в цепях асинхронного самодельного генератора не стоит. Они предназначены для цепей постоянного тока, а при прохождении синусоиды, меняющейся по направлению, быстро выходят из строя.

Существует специальная схема их подключения для подобных целей, когда каждая полуволна направляется диодами на свою сборку. Но она довольно сложная.

Необходимые материалы и инструменты

Для изготовления мотора-генератора своими руками достаточно иметь антисинхронный двигатель. Остальные материалы можно найти в хозяйстве или на специализированных рынках радиотехники.

Могут понадобиться такие инструменты и материалы:

  1. Труба из стали с толщиной стенок не менее 3 мм и общим диаметром 6 см и больше. Высоту нужно подбирать индивидуально, в зависимости от скорости ветров в регионе. Но нужно помнить, что чем выше будет мачта, тем сильнее будет дуть ветер и, соответственно, вырабатываться больше электричества.
  2. Для изготовления лопастей можно использовать различные материалы, но лучше купить готовую деталь заводского производства, так как она будет идеально откалибрована. Самостоятельно изготовить её можно из труб или листов ПВХ, металла. Кроме этого, может подойти деревянная доска, профиль из стеклоткани.
  3. В качестве основы (опоры для мачты) подойдёт бетонная стяжка. С другой стороны, можно использовать металл или дерево. Нужно только помнить, что за надёжность конструкции отвечает основа. Если опора будет слабой, то мачта со временем рухнет от ветра.
  4. Дрель и набор свёрл.
  5. Ножовка.
  6. Разводной ключ.
  7. Рулетка.
  8. Лист металла, который будет служить материалом для изготовления мачты.
  9. Стальная рама. Она будет выполнять функцию основы для ветрогенератора, поворотного механизма и лопастей.
  10. Весь необходимый дополнительный инструмент, включая сварку, с помощью которого можно изготовить устройство.
  11. Хомуты для фиксации растяжек.
  12. Металлический трос с сечением 12 мм.

Характеристики ветрогенератора

Сначала необходимо определиться с желаемым итоговым результатом. Характеристики электродвигателя, выполняющего роль генератора, могут быть разными, и от этого зависит, сколько электроэнергии устройство будет вырабатывать за единицу времени.

Для производства среднего количества энергии генератор должен иметь приблизительно такие характеристики:

  1. Минимальная мощность установки — 1.3 кВт.
  2. Желательны неодимовые магниты в конструкции. Их функция заключается в обеспечении электромагнитной движущейся силы. Для этого может применяться и стальная гильза, которая устанавливается на ротор.
  3. Расположение магнитов на роторе должно соответствовать схеме. Это значит, что их полюсы должны быть развёрнуты в правильную сторону.
  4. Предварительно вал ротора нужно проточить и подогнать размеры под диаметр магнитов.
  5. При установке магнитов не всегда требуется переделывать обмотку. Если она состоит из проводов с большим сечением — ничего страшного, это только увеличит мощность. Самым лучшим вариантом обмотки будет устройство, имеющее шесть полюсов, провод с сечением не более 1.2 мм и максимум 24 витка на катушке.

Нюансы монтажа

Как правило, для изготовления ветро генератора из асинхронного двигателя своими руками применяется ветряк с тремя лопастями, которые в диаметре достигают двух метров. Если увеличить количество лопастей или их длину, то улучшение характеристик не произойдёт. Перед тем как выбирать модификацию устройства, тип, характеристики, габариты, необходимо осуществить правильный расчёт.

Для начала нужно рассчитать мощность самой мачты. Она должна устанавливаться на бетонную основу толщиной полметра. Предварительно следует вырыть яму, также учитывая при этом состояние и тип почвы.

Подключать к электросети каждый из приборов нужно в определённом порядке. Сначала идут аккумуляторы, а потом уже и ветрогенератор. Вращаться вал электромотора может либо горизонтально, либо вертикально. Как правило, устанавливают в вертикальном положении, это связано с конструктивными особенностями. Для обеспечения защиты от влаги генератор оборудуют прокладками или колпаком.


Для установки мачты необходимо выбрать открытое место, где будет максимальное количество ветров. Высота монтажа генераторного устройства должна быть достаточно большой. Переделанный асинхронник в идеальном варианте устанавливается на высоте 15 метров, но на практике мачты более 7 метров никто не использует.

В качестве основного источника электрического питания дома устройство лучше не использовать. Такое тихоходное устройство следует устанавливать для страховки от ситуаций с перебоями в электричестве или для экономии семейного бюджета, поскольку счёт за централизованную подачу существенно уменьшается.

Стоит отметить, что установки подобного типа можно использовать не во всех регионах. Минимальная скорость ветра для целесообразности использования должна постоянно держаться на отметке 7 метров за секунду. Если этот показатель меньше, то и электроэнергии будет вырабатываться очень мало.

Перед установкой проводятся необходимые расчёты. В некоторых ситуациях могут возникнуть сложности с обработкой узлов асинхронного движка. Ветряк нельзя изготовить без соответствующих модулей, а также проведения предварительных испытаний устройства. Подключение такого оборудования осуществить невозможно.

Порядок доработки обмоток

Прежде чем сделать генератор из асинхронного двигателя, следует разобраться с его статорными катушками, соединёнными между собой и включаемыми в питающую линию по определённой схеме.

Дополнительная информация. Для классического подключения асинхронных механизмов используются два типа включения статорных обмоток: по так называемой схеме «звезда» или «в треугольник».

В первом случае все три линейных катушки (А, В и С) с одной стороны объединяются в общий нулевой провод, в то время как вторые их концы подключаются к трём фазным линиям. При включении «треугольником» конец одной катушки соединяется с началом второй, а её конец, в свою очередь, – с началом третьей обмотки и так далее вплоть до замыкания цепочки.

В результате такого подключения образуется правильная геометрическая фигура, вершины которой соответствуют трём фазным проводам, а нулевой провод вообще отсутствует.

Из соображений простоты монтажа и безопасности эксплуатации в бытовых схемах обычно выбирается подключение типа «звезда», обеспечивающее возможность организации местного (повторного) защитного заземления.

При доработке двигателя следует снять крышку распределительной коробки и получить доступ к клеммам, на которые в нормальных условиях поступает трёхфазное питающее напряжение. В генераторном режиме к этим контактам следует подсоединить питающую линию с подключёнными к ней бытовыми трёхфазными потребителями.

Для организации однофазного питания (розеточных линий и цепей освещения, в частности) их нужно будет подключить одним концом к выбранному фазному контакту А, В или С, а другим – к общему нулевому проводу. Порядок подсоединения проводов к асинхронному двигателю приводится на следующем рисунке.

Важно! В случае нескольких линейных (однофазных) нагрузок необходимо распределить их по фазам таким образом, чтобы те были загружены более-менее равномерно.

Таким образом, генератор своими руками, собранный из трёхфазного двигателя, будет нагружен на все питающие цепи, а конечные потребители получат полагающиеся им нормативные мощности.

Организация приводной части

В бытовых условиях в качестве механического привода, как правило, используются типовые бензогенераторы, с которых момент вращения передаётся непосредственно на рабочий вал. Основная проблема при таком подключении – организация надёжного муфтового сцепления, полностью передающего крутящий момент на ось якоря генератора (в данной ситуации его функцию выполняет ротор двигателя).

При её обустройстве самый оптимальный вариант – это обратиться за помощью к профессиональным механикам, которые помогут организовать муфтовое соединение требуемого качества и надёжности.

Обратите внимание! Ротор переделываемого механизма напоминает по своей конструкции обмотку статора с тремя сдвинутыми на 120 градусов обмотками (он называется в этом случае фазным).

Линейные выводы каждой из обмоток соединяются со съёмными контактными кольцами, посредством которых на механизм двигателя через графитовые щётки подавалось запускающее напряжение. Если оставить всё как было, получается очень непростая в изготовлении и обслуживании конструкция, использовать которую в составе будущего генератора не имеет смысла.

Для удобства переделки лучше всего воспользоваться схемой короткозамкнутой подвижной части, которая может быть получена путём закорачивания рабочих выводов каждой из катушек фазного ротора.

Генератор на постоянных магнитах

Известен ещё один способ обустройства бытовых генераторов, состоящий в использовании при изготовлении мощных постоянных магнитов и ряда дополнительных приспособлений (в некоторых средствах массовой информации их ещё называют «вечными»).

Принцип работы такого источника энергии на магнитах состоит во взаимодействии эм полей, создаваемых постоянными магнитными заготовками, жёстко закреплёнными на статорной и роторной части устройства (смотрите рисунок ниже).

Основное преимущество таких двигателей, выполняющих функцию генератора, – отсутствие потребности в источнике внешней энергии или в топливе. Однако и в данном случае не обходится без  недостатков, проявляющихся, в первую очередь, в том, что сильные магнитные поля могут негативно сказываться на здоровье обслуживающего персонала.

С учётом этого недостатка во всех остальных ситуациях такой электромотор широко применяется в различных приводных узлах, нередко устанавливаемых на промышленном оборудовании. В качестве примера может быть приведён известный среди специалистов генератор, под обозначением «г 303».

В заключение обзора самодельных генераторов следует заметить, что для переделки их из асинхронных двигателей может потребоваться целый комплект специального съёмного инструмента, по своему составу напоминающий автомобильное оборудование.

Советы по эксплуатации

Асинхронный генератор не требует особого ухода. Его обслуживание заключается в контроле состояния подшипников. На номинальных режимах устройство способно работать годами без вмешательства оператора.

Слабое звено – конденсаторы. Они могут выходить из строя, особенно тогда, когда их номиналы неправильно подобраны.

При работе генератор нагревается. Если вы часто подключаете повышенные нагрузки – следите за температурой устройства или позаботьтесь о дополнительном охлаждении.

Двухфазный режим асинхронного генератора.

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

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

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

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

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

В заключение несколько общих советов.

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

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

3. Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он «не любит» холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

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

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

Проверка и запуск в работу

После того как генератор будет собран необходимо проверить его на работоспособность. Для этого в качестве нагрузки можно использовать обыкновенную лампочку накаливания.

Причем начальная скорость вращения генератора должна быть небольшой. И по мере ее увеличения яркость накала лампочки должна увеличиваться.

Источники

  • https://zen.yandex.com/media/housediz/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelia-svoimi-rukami-ot-a-do-ia-5b30fc5f2dbfc700a8c80687
  • https://housetronic. ru/electro/generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya.html
  • https://electricvdele.ru/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelya-svoimi-rukami.html
  • https://HouseDiz.ru/kak-sdelat-samodelnyj-generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya/
  • https://mtz-80.ru/bez-rubriki/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelya-svoimi-rukami
  • https://amperof.ru/elektropribory/samodelnyj-generator.html
  • https://www.asutpp.ru/asinxronnyj-generator.html
  • http://electro-shema.ru/energetika/asinxronnyj-elektrodvigatel-v-kachestve-generatora.html
  • https://electrikexpert.ru/generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya/

[свернуть]

Ветрогенератор на базе асинхронного двигателя

Ветрогенератор является довольно простой и надежной конструкцией в плане источника автономной электрический энергии. Описанный в данной статье, тип генератора работает на постоянных магнитах и является переделанной моделью из асинхронного двигателя. Генератор сделан из старого четырех полюсного двигателя. Так как тут попытка такого преобразования – первая, то здесь не имела значения мощность двигателя, скорее дело в практическом применении и чистого интереса. Первым делом необходимо было разобрать двигатель. Удивило состояние деталей внутри конструкции – они были практически новые, что не могло не радовать.

Теперь необходимо было проточить ротор. Зачастую такую работу необходимо производить только, если имеются навыки токарного дела.Так как, таких навыков не имеется, пришлось обращаться за помощью к знакомому токарю.

Далее нужно было подобрать магниты и  рассчитать скос магнитного полюса. Скос делается для того, чтобы не происходило залипание. Как только все расчеты были проведены,  тут же распечатал шаблон и пробил отверстия.

Данный шаблон нужен для того, что бы показать места, где именно нужно клеить магниты. Если правильно рассчитать угол скоса, то проблем при проклейке магнита не должно возникать. В основном, такая работа займет не более двух часов.

Далее плотно обмотал ротор скотчем. Делать это следует снизу, плавно двигаясь вверх. И только на самом верху оставить зазор. Следом спокойно залил все это эпоксидной смолой, для достижения большей герметичности и надежности. Когда производится процесс проточки ротора, то необходимо брать запас раза в 1,5 – 2 больше расчетного. Все дело в том, что если мало сточить, что ротор просто не сможет войти. Можно, конечно сточить магниты, но в дальнейшем это может быть чревато перегревом генератора, так что лучше заранее позаботиться обо всех нюансах.

Теперь следует собрать генератор воедино и проверить возможность его оборотов. Достаточно просто провернуть ротор двумя пальцами. Обороты должны проходить легко, без залипания и трения. Теперь, когда конструкция полностью готова, можно приступать к процессу съема характеристик.

Естественно, при первых замерах нельзя гарантировать точные характеристики генератора, но все же примерно прикинуть достаточно. После того, как все характеристики сняты, можно приступать к изготовлению лопастей.

По данным характеристики можно отметить, что диаметр турбины будет соответствовать 1,7 метра, а быстроходность Z 5.

Изготовив полностью всю конструкцию, необходимо проверить ее работоспособность. Достаточно  проверить ее работу, заменив обычный флюгер. Здесь достаточно небольшого ветра, что бы генератор пришел в действие. Поэтому необходимо аккуратно установить конструкцию вместо флюгера и привести в действие. Как уже говорилось, наличие ветра лишь придаст эффектным оборотам данной конструкции, но главное, что бы в это время генератор был уже закреплен.

Данная конструкция сможет спокойно отработать в течении нескольких месяцев, причем без ремонта или замены конструктивных частей. Конечно, при условии, что все сделано правильно. После нескольких месяцев работы следует полностью проверить генератор.

Автор:  Нагорянский Александр Александрович.

Делаем ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками

Если вы хотите использовать энергию ветра для выработки электроэнергии (неважно по экономическим причинам или из желания сделать нашу планету чище), то камнем преткновения может стать цена покупки ветряка. Стоимость готового ветрогенератора стартует с шестизначных цифр в российской валюте и это далеко не все затраты, которые могут потребоваться для сооружения личной ветровой электростанции. Подобные расходы может позволить себе далеко не каждый.

Так как же быть? Забросить все мечты о независимом источнике бесплатной энергии или отложить их до лучших времен? Вовсе не обязательно. Решить проблему поможет ветряк из асинхронного двигателя.



Выбор именно этого типа двигателя базируется на двух факторах: широком распространении асинхронных двигателей и относительно простой их переделкой в ветрогенератор.

Имеется несколько способов изготовить двигатель для ветрогенератора самому:

  • Ветрогенератор из асинхронного двигателя

    Наиболее легким путем является преобразование действующего асинхронного двигателя посредством прикрепления к нему конденсаторов и повышающего редуктора. Редуктор должен позволять выходить на номинальную мощность при низкой скорости ветра. Просто, но малоэффективно.

  • Более оптимальным вариантом является преобразование якоря двигателя с низкими оборотами. Это достигается проточкой якоря между ним и статором и запрессовкой гильзы. После этого необходимо наклеить магниты.

  • Самым эффективным методом получить ветрогенератор из асинхронного двигателя является использование только металла статора. Это дает возможность намотать генератор на необходимое вам напряжение, но и количество токарных работ будет значительным.


Дата публикации: 1 апреля 2015




Оставить комментарий

Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.

Самодельный генератор из неодимовых магнитов для ветряка: схема, фото и описание

Как сделать низкооборотный генератор для ветряка из неодимовых магнитов. Самодельный генератор для ветряка, схемы, фото, видео.

Для изготовления самодельного ветряка в первую очередь требуется генератор, при чём, предпочтительней низкооборотный. В этом и заключается основная проблема, найти такой генератор достаточно сложно.Первое что приходит в голову, взять стандартный автомобильный генератор, но все автомобильные генераторы рассчитаны на высокие обороты, зарядка аккумулятора начинается от 1000 об/мин. Если установить автогенератор на ветряк, то достичь таких оборотов будет сложно, понадобится делать дополнительный шкив с ременной или цепной передачей, всё это усложняет и утяжеляет конструкцию.

Для ветряка нужен низкооборотный генератор, оптимальный вариант генератор аксиального типа на неодимовых магнитах. Поскольку таких генераторов по доступной цене в продаже практически нет, аксиальный генератор можно изготовить самостоятельно.

Самодельный генератор для ветряка из неодимовых магнитов.

Для изготовления генератора аксиального типа понадобятся:

  • Ступица от авто, тормозные диски.
  • Неодимовые магниты.
  • Медная проволока (0,7мм).
  • Эпоксидная смола.
  • Крепёжные элементы.

Генератор аксиального типа для ветряка представлен на схеме.

В данном случае в роли статора будет диск с катушками, ротором будут два диска с постоянными магнитами. При вращении ротора в катушках статора будет генерироваться ток, который нужен нам для зарядки аккумуляторов.

Самодельный генератор: изготовление статора.

Статор – неподвижная часть генератора состоит из катушек, которые размещаются напротив магнитов ротора. Внутренний размер катушек обычно равен внешнему размеру магнитов, которые используются в роторе.

Для намотки катушек можно изготовить простое приспособление.

Толщина медной проволоки для катушек примерно 0,7 мм, количество витков в катушках нужно подсчитывать индивидуально, общее количество витков во всех катушках должно быть не менее 1200.

Катушки размещаются на статоре, выводы катушек можно подключить двумя способами, в зависимости от того на сколько фаз будет генератор.

Трёхфазный генератор будет более эффективным для ветрогенератора, поэтому рекомендуется соединить катушки по типу звезда.

Чтобы катушки зафиксировать на статоре их заливают эпоксидной смолой. Для этого нужно сделать форму для заливки из куска фанеры, чтобы жидкая смола не растеклась, нужно сделать борта из пластилина или аналогичного материала. На этом этапе нужно предусмотреть проушины для крепления статора.

Важно чтобы получилась идеально ровная плоскость, поэтому перед заливкой матрицу с катушками нужно установить на ровную поверхность. Катушки перед заливкой нужно тщательно проверить мультиметром и выложить на матрицу по кругу с таким расчётом, чтобы потом магниты ротора находились напротив катушек.

В матрицу заливается жидкая эпоксидная смола по уровень края катушек, перед заливкой форму нужно смазать вазелином.

Когда смола полностью застынет, матрицу разбираем и извлекаем готовый статор с катушками.

Статор фиксируется на корпусе генератора с помощью болтов или шпилек с гайками.

Самодельный генератор: изготовление ротора.

В этой конструкции ротор будет двусторонним, статор с катушками будет посредине между вращающимися дисками с магнитами.

На каждом диске ступицы нужно по кругу расположить магниты, в последовательности поочерёдно меняя полюса.

Когда диски ротора будут установлены, магниты должны быть направлены друг к другу разными полюсами.

Магниты нужно приклеить к дискам суперклеем и залить эпоксидной смолой, верхняя часть магнитов должна остаться непокрытой.

Изготовление ротора для самодельного генератора видео.

Чтобы закрепить статор на ветрогенераторе нужно изготовить металлическое основание, статор крепится к нему с помощью болтов или шпилек.

Собираем всю конструкцию, при этом нужно оставить минимальный зазор между статором ротором, чем меньше зазор, тем эффективней генератор будет вырабатывать энергию. На выход из катушек нужно подключить диодный мост.

В итоге у вас получится аксиальный генератор на неодимовых магнитах. Самодельный генератор может работать на низких оборотах и при этом вырабатывать достаточно энергии для зарядки аккумуляторных батарей, что немаловажно при установке ветогенератора в районах, где преобладают слабые ветра.

Генератор для ветряка видео.

ВЕТРОВЫЕ ТУРБИНЫ С АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ГЕНЕРАТОРАМИ

1 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 1 ВЕТРОВЫЕ ТУРБИНЫ С АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ГЕНЕРАТОРАМИ Он придал ветру вес. Иов 28:25. В прошлой главе мы обсудили некоторые особенности ветряных турбин, синхронизированных с электрической сетью.Синхронизированная работа имеет ряд преимуществ: частота и напряжение регулируются энергосистемой, имеется реактивная мощность для индукционных генераторов, пусковая мощность для турбин Дарье и минимальные требования к хранению. Эти преимущества указывают на то, что большая часть ветровой электроэнергии в Соединенных Штатах будет производиться синхронно с коммунальной сетью. Однако исторически большинство ветряных электрогенераторов подключались к асинхронным нагрузкам.Наиболее распространенной нагрузкой, особенно примерно до 1950 г., была батарея батарей, которые, в свою очередь, обеспечивали питание бытовой техники. Другие нагрузки включают оборудование для удаленной связи, катодную защиту подземных трубопроводов и приложения для прямого отопления помещений или нагрева воды для бытового потребления. Эти ветряные электрические генераторы были небольшими по размеру, обычно менее 5 кВт, и обычно располагались там, где не было электроэнергии. Мы можем ожидать, что использование асинхронного электричества продолжится и, возможно, даже будет расти по ряду причин.Можно ожидать, что использование энергии ветра на удаленных объектах связи для зарядки аккумуляторов будет увеличиваться по мере разработки менее дорогих и более надежных ветряных турбин. Отопление помещений и нагрев воды для бытового потребления - естественные области применения, в которых сейчас используются пропан или масло. Существующее оборудование, работающее на ископаемом топливе, может использоваться в качестве резервного источника энергии ветра. Еще один большой потенциальный рынок сбыта - это тысячи деревень по всему миру, которые не связаны с какой-либо крупной коммунальной сетью.Экономика может исключить возможность такой сети, поэтому каждая деревня может быть вынуждена иметь свою собственную электрическую систему, если она вообще хочет иметь электричество. Асинхронная система, которая могла бы управлять общественным холодильником для хранения лекарств, обеспечивать свет в вечернее время и обеспечивать электроэнергией для приготовления пищи (чтобы предотвратить вырубку лесов), была бы ценным активом во многих частях мира. Одна из последних причин наличия асинхронной способности ветряных турбин в Соединенных Штатах - это возможность того, что она понадобится, если электрическая сеть развалится.Если по какой-либо причине какой-либо из основных источников нефти, угля и ядерной энергии станет недоступен, высока вероятность повторного отключения электроэнергии и разъединения сети. Ветровые турбины могут обеспечивать энергией важные приложения в такие периоды, если они должным образом оборудованы. Такие ветряные турбины должны быть способны запускаться без электроснабжения, а также потребуют некоторой способности поддерживать напряжение и частоту в допустимых пределах. Три наиболее очевидных метода обеспечения асинхронного электричества - это генератор постоянного тока, генератор переменного тока и самовозбуждающийся индукционный генератор.Каждый из них будет обсуждаться в этой главе. Также будут обсуждаться различные нагрузки. Количество комбинаций генераторов

2 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 2 и нагрузки почти безграничны, поэтому только несколько комбинаций будут рассмотрены более подробно. 1 АСИНХРОННЫЕ СИСТЕМЫ В предыдущих двух главах мы рассмотрели комбинации ветряных турбин, трансмиссий и генераторов, подключенных к электрической сети.Предполагалось, что электрическая сеть сможет принимать всю энергию, которая может быть произведена от ветра. Сеть также могла поддерживать напряжение и частоту, а также обеспечивать любую необходимую реактивную мощность. Когда мы отключаемся от сети, эти преимущества исчезают, и мы должны компенсировать это добавлением дополнительного оборудования. Конструкция ветряной системы будет отличаться от синхронной системы и будет содержать дополнительные функции. Возможная структурная схема системы представлена ​​на рис.1. Рисунок 1: Блок-схема асинхронной электрической системы. В этой системе микрокомпьютер принимает такие входные данные, как скорость и направление ветра, скорость турбины, требования к нагрузке, количество энергии в накопителе, а также напряжение и частота, подаваемые на нагрузку. Микрокомпьютер отправляет сигналы на турбину, чтобы установить надлежащий рыскание (управление направлением) и шаг лопастей, а также установить тормоза при сильном ветре. Он посылает в генератор сигналы на изменение выходного напряжения, если генератор имеет отдельное поле.Он может отключать некритические нагрузки при слабом ветре и может включать дополнительные нагрузки при сильном ветре. Он может регулировать стабилизатор мощности для изменения напряжения и частоты нагрузки. Он также может настроить систему хранения для оптимизации ее производительности. Следует отметить, что было построено много ветроэнергетических систем, которые хорошо работали без микрокомпьютера. Рыскание регулировалось хвостом, шаг лопастей фиксировался, тормоз регулировался вручную. Состояние заряда аккумуляторных батарей будет проверяться один или два раза в день, и определенные нагрузки будут либо использоваться, либо не использоваться в зависимости от ветра и степени заряда.Такие системы имеют преимущества простоты, надежности и минимальной стоимости,

3 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 3 недостатками, состоящими в регулярном требовании внимания человека и устранении более близких к оптимальным средствам управления, для работы которых требуется микрокомпьютер. Микрокомпьютер и необходимые датчики, как правило, имеют фиксированную стоимость независимо от размера турбины.Эта стоимость может равняться стоимости турбины и генератора мощностью 3 кВт, но может составлять только десять процентов от стоимости системы на 100 кВт. Это упрощает использование микрокомпьютера для более крупных ветряных турбин. У асинхронной системы есть один довольно интересный режим работы, которого нет у электроэнергетических компаний. Скорость турбины можно регулировать нагрузкой, а не регулировкой турбины. Электроэнергетические компании имеют некоторые возможности управления нагрузкой, но большая часть их нагрузки не контролируется коммунальными предприятиями.Поэтому коммунальные предприятия регулируют мощность первичного двигателя (например, с помощью клапана в паропроводе), чтобы следить за изменением нагрузки. То есть предложение следует за спросом. В случае ветряных турбин входная мощность турбины - это просто мощность ветра и не подлежит контролю. Скорость турбины все еще необходимо контролировать для оптимальной производительности, и это может быть достигнуто с помощью электрической нагрузки с надлежащими характеристиками, как мы увидим ниже. Микрокомпьютер не важен для этого режима работы, но дает большую гибкость в выборе нагрузки.У нас может быть система, в которой спрос следует за предложением, что по своей сути является желательной ситуацией. Как упоминалось ранее, разнообразие оборудования в асинхронной системе практически безгранично. Некоторые возможности показаны в Таблице 6.1. Генератор может быть как переменного, так и постоянного тока. Для преобразования выходной мощности генератора в другую форму может потребоваться стабилизатор мощности, например инвертор, который вырабатывает мощность 60 Гц из постоянного тока. Электрическая нагрузка может быть батареей, резистивным нагревателем, насосом, бытовым прибором или даже экзотическими устройствами, такими как электролизеры или элементы для удобрений.Не для каждой системы требуется стабилизатор питания. Например, генератору постоянного тока с аккумуляторной батареей может не потребоваться стабилизатор питания, если все требуемые нагрузки могут работать на постоянном токе. В 1930-е годы, когда небольшие асинхронные ветряные электрические системы были обычным явлением, все бытовые приборы были на 32 или 110 В постоянного тока. Такие приборы исчезли с появлением электросети, но начали снова появляться в транспортных средствах для отдыха в 1970-х годах с номинальным напряжением 12 В. Нет серьезных технических проблем с полностью оснащением дома приборами постоянного тока, но затраты, как правило, выше из-за небольшого спроса на такие приборы по сравнению с обычными приборами переменного тока.При желании можно использовать инвертор для преобразования напряжения батареи постоянного тока в переменное. ТАБЛИЦА 6.1 Некоторое оборудование, используемое в асинхронных системах ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Шунтирующий генератор постоянного тока Генератор переменного тока на постоянных магнитах Генератор переменного тока Самовозбуждающийся индукционный генератор (ротор с короткозамкнутым ротором)

4 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 4 Генератор с полевой модуляцией Генератор Roesel КОНДИЦИОНЕР ПИТАНИЯ Диодный выпрямитель Инвертор Твердотельная система переключения ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА Аккумуляторная батарея Водонагреватель Космический (воздушный) обогреватель Тепловой насос Водяной насос Вентилятор Освещение Приборы Электролизные ячейки Элементы удобрения Если наш генератор вырабатывает переменный ток, тогда может потребоваться выпрямитель для обеспечения постоянного тока, необходимого для некоторых нагрузок или систем хранения.Необходимое переключение может быть выполнено электромеханическими переключателями или твердотельными переключателями, либо кремниевыми выпрямителями (SCR), либо симисторами. Эти переключатели могут использоваться для согласования нагрузки с оптимальной мощностью турбины. Компоненты электрической нагрузки и накопителя могут иметь элементы, которые работают от переменного или постоянного тока, такие как нагревательные элементы, только от переменного тока, такие как асинхронные двигатели, фонари и большинство приборов, или только постоянного тока, такие как электролизеры и батареи. Некоторые из устройств очень долговечны и недороги, например, нагревательные элементы, а другие короче и дороже, например, батареи и электролизеры.Некоторые элементы можно использовать практически любого размера. Другие, такие как электролизеры и ячейки для удобрений, возможны только в довольно больших размерах. В любой асинхронной системе необходимо внимательно относиться к экономике. Во-первых, поставленная задача должна быть выполнена по приемлемой цене. Во-вторых, следует изучить как можно больше комбинаций, чтобы убедиться, что выбрана наименее дорогая комбинация. В-третьих, следует изучить альтернативы. То есть ветряная турбина передает нагрузке либо вращательную механическую мощность, либо электрическую мощность, оба из которых представляют собой высокие формы энергии и по своей природе дороги.Если требуется нагреть горячую воду до 40 ° C, обычно предпочтительным выбором будет плоский солнечный коллектор, поскольку требуется только низкопотенциальное тепло. Если ветряк

5 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 5 приводили в действие тепловой насос или заряжали батареи в качестве основной функции, тогда нагрев горячей воды для бытового потребления с помощью избыточной энергии ветра может иметь экономический смысл.Основное правило - не заниматься какой-либо более высокой формой работы, чем это необходимо для выполнения работы. Системы с фиксированной частотой и фиксированным напряжением представляют собой более высокий вид работы, чем системы с регулируемой частотой и напряжением, поэтому необходимо изучить фактические потребности нагрузки, чтобы определить, насколько сложной должна быть система на самом деле. Если более простая система решает эту задачу с меньшими затратами, ее следует использовать. 2 ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С БАТАРЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ Большинство людей сразу же думают о простом генераторе постоянного тока и аккумуляторной системе, когда упоминают небольшие ветряные турбины.Многие такие системы были приняты на вооружение в 1930-х годах или даже раньше. Они обеспечивали питание радио и одной или двух лампочек, а иногда и некоторых электроприборов. Некоторые машины, особенно Jacobs, казались почти неразрушимыми. Некоторые из этих машин служат более пятидесяти лет. Эти машины почти все исчезли между 1940 и 1950 годами, отчасти потому, что электричество, производимое централизованно, было дешевле и надежнее, а отчасти потому, что некоторые сельские электрические кооперативы (REC) не поставляли электричество ферме с действующей ветроэнергетической системой.Сегодня такие небольшие системы постоянного тока по-прежнему имеют очень маржинальную экономику при наличии электроэнергии, вырабатываемой централизованно. Их основная роль тогда, казалось бы, заключалась в обеспечении ограниченным количеством энергии изолированными нагрузками, такими как станции метеорологических данных, пожарные вышки и дачи. Они также могут обеспечивать резервную или аварийную систему, которую можно использовать, когда централизованно генерируемая энергия недоступна из-за отказа оборудования или нехватки топлива. Схема простого шунтирующего генератора постоянного тока, подключенного к батарее, показана на рис.2. Эта схема получила широкое распространение с тех пор, как в 1930-х годах были разработаны выпрямители (диоды) на основе оксида меди и селена. Кремниевые диоды с намного лучшими характеристиками были разработаны в 1950-х годах и почти исключительно используются сегодня. Диод позволяет току течь от генератора к батарее, но предотвращает протекание тока в обратном направлении. Это предотвращает разрядку аккумулятора через генератор, когда напряжение генератора ниже напряжения аккумулятора. Генератор состоит из ротора или якоря с сопротивлением R a и обмотки возбуждения с сопротивлением R f на статоре.Ток якоря I a выводится из машины щетками, которые прижимают коммутатор, набор электрических контактов на одном конце якоря. Напряжение V g на клеммах генератора вызывает протекание тока возбуждения I f в обмотке возбуждения. Этот ток возбуждения, протекающий в катушке с проводом, обозначенной символом индуктора в левой части рис. 2, будет создавать магнитный поток. Взаимодействие этого потока с вращающимися проводниками в якоре создает генерируемую электродвижущую силу (ЭДС) E, которая определяется выражением

.

6 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 6 Рисунок 2: Шунтирующий генератор постоянного тока в цепи зарядки аккумулятора.E = k s ω m Φ p V (1) где Φ p - магнитный поток на полюс, ω m - механическая угловая скорость ротора, а k s - константа, включающая количество полюсов и количество витков проводников. Мы видим, что напряжение увеличивается со скоростью для данного потока. Это означает, что на малых оборотах генерируемая ЭДС будет меньше напряжения аккумулятора. Это имеет то преимущество, что турбина не будет нагружена при низких скоростях вращения и, следовательно, ее будет легче запустить. Скорость вращения генератора n может быть определена из угловой скорости ω m как n = 60ω m 2π r / мин (2) Индуцированное напряжение E последовательно с сопротивлением R a обмоток ротора или якоря.В этой простой модели R a также будет включать сопротивление щеток на стержнях коллектора. на Ток I f (ток возбуждения) в обмотке возбуждения вокруг полюсов задается I f = V g R f A (3) Обмотка возбуждения имеет индуктивность, но реактивное сопротивление ωl равно нулю, поскольку участвует только постоянный ток. Следовательно, для расчета токов или напряжений необходимы только сопротивления. Поток не изменяется линейно с током возбуждения из-за насыщения магнитной цепи. Поток будет быстро увеличиваться с увеличением I f для малых значений I f, но будет увеличиваться медленнее, когда I f станет большим и железо машины станет более насыщенным.Кроме того, поток не совсем равен нулю, когда I f равен нулю, из-за остаточного магнетизма полюсов. После установления магнитного потока железо имеет тенденцию действовать как постоянный магнит. Это означает, что

7 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 7 генерируемая ЭДС E будет больше нуля, когда якорь вращается, даже если ток возбуждения незначителен.Эти эффекты железной цепи дают график зависимости E от I f, такой как показано на рис. 3. e, начинается с положительного значения, быстро увеличивается при малых I f и, наконец, выравнивается при больших I f. На рисунке показаны две угловые скорости ω m1 и ω m2. Увеличение ω m просто расширяет кривую для E без изменения ее основной формы. Рисунок 3: Кривая намагничивания генератора постоянного тока. Генерируемая ЭДС E определяется законом напряжения Кирхгофа как E = I a R a + I f R f V (4) R a намного меньше, чем R f, поэтому, когда ток диода равен нулю, что приводит к I a = I f, член i a R a очень мал по сравнению с R f I f.Следовательно, в первом приближении мы можем записать EI f R f (5) Это уравнение представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат на рис. 3. Следовательно, у нас есть напряжение E, ограниченное как нелинейным генератором постоянного тока, так и линейным резистор. Генератору требуется, чтобы напряжение изменялось по нелинейной кривой, а полевой резистор - по прямой. Оба требования выполняются на пересечении нелинейной кривой и прямой линии, и это пересечение определяет равновесие или рабочее состояние

.

8 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 8 точек.Когда генератор вращается с угловой скоростью ω m1, напряжение и ток будут увеличиваться только до точки a. Это значительно ниже возможностей генератора и не является желательной рабочей точкой. Если угловую скорость увеличить до ω m2, напряжение возрастет до значения в точке b. Это сразу после изгиба кривой намагничивания и является хорошей рабочей точкой, так как небольшие изменения скорости или сопротивления поля не вызовут больших изменений E. Другой способ изменения рабочей точки - это изменение сопротивления поля R f.Наклон прямой линии уменьшается по мере уменьшения R f, поэтому рабочая точка может быть установлена ​​в любом месте на кривой намагничивания путем правильного выбора R f. Конечно, есть некоторые практические ограничения на уменьшение R f. R f обычно состоит из внешнего переменного сопротивления плюс внутреннее сопротивление катушки из множества витков тонкой проволоки. Следовательно, R f не может быть уменьшено ниже внутреннего сопротивления катушки. Режим работы этого генератора называется самовозбуждением. Остаточный магнетизм генератора создает небольшой магнитный поток, который вызывает появление небольшого напряжения на обмотке возбуждения при вращении ротора генератора.Это небольшое напряжение создает небольшой ток возбуждения, который помогает повысить E до большего значения. Это большее значение E создает еще больший ток поля, что приводит к еще большему E, пока не будет достигнуто равновесие. Точка равновесия будет при малых значениях E для низких скоростей или высокого сопротивления поля и будет быстро увеличиваться до точки за изломом кривой намагничивания, когда скорость или сопротивление поля достигнет некоторого критического значения. Когда напряжение достигает значения, близкого к номинальному, генератор может подавать ток на нагрузку.Теперь мы хотим исследовать работу самовозбуждающегося шунтирующего генератора в качестве зарядного устройства батареи со схемой на рис. 2. Мы предполагаем, что переключатель S 1 разомкнут, а диод разомкнут, когда E меньше, чем батарея напряжение VB и короткое замыкание, когда E больше VB, и это R B включает сопротивление диода и соединительных проводов, а также внутреннее сопротивление батареи. Когда диод является проводящим, соотношение между E и VB таково: E = VB + I f R a + IB (R a + R b) V (6) Член I f R a представляет собой очень маленькое напряжение, и им можно пренебречь без серьезная потеря точности.Если мы это сделаем, ток батареи будет выражаться как IBEVBR a + R b A (7) Электрическая мощность, производимая шунтирующим генератором, когда диод является проводящим, определяется как P e = EI a EI f + E (EVBR a + R б W (8)

9 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 9 Электрическая мощность, подаваемая на батарею, равна P B = V B I B W (9) Электрическая мощность может быть вычислена как функция угловой скорости, если все величины в уравнении.8 известны. На практике ни один из них не известен точно. E имеет тенденцию уменьшаться ниже значения, предсказанного формулой. 1 за счет явления, называемого реакцией якоря. Сопротивление медного провода в цепи увеличивается с повышением температуры. R a и R b включают падения напряжения на щетках генератора и диода, которые весьма нелинейны. И, наконец, V B зависит от уровня заряда аккумулятора. Каждую систему необходимо тщательно измерить, если требуется подробная кривая зависимости мощности от скорости вращения.Общие результаты или кривые, применимые к широкому кругу систем, очень трудно получить, если вообще возможно. Пример Wincharger Model 1222 представляет собой самовозбуждающийся шунтирующий генератор постоянного тока на 12 В, 15 А, используемый для зарядки 12-вольтовых батарей. Посредством различных грубых измерений и интеллектуальных оценок вы решаете, что R f = 15 Ом, R a = 0,2 Ом, R b = 0,25 Ом, VB = 12 В и E = 0,015 n + 8 В. Это выражение для E включает реакцию якоря на нормальный рабочий диапазон, следовательно, намного более плоский, чем идеальное выражение уравнения.1. Предположим, что диод идеален (без прямого падения напряжения при проводке), и построим графики E, I B и P e для n между 0 и 600 об / мин. Сначала мы замечаем, что IB = 0 всякий раз, когда EV B. Скорость вращения, при которой батарея начинает заряжаться, определяется путем установки E = VB и решения для nn + 8 = 12 n = 4 = 270 об / мин. Ток батареи будет линейно изменяться. с E и, следовательно, со скоростью вращения, согласно формуле. 7. Мы можем построить текущий I B, просто найдя еще одну точку и проведя прямую линию. При n = 600 об / мин ток батареи определяется как I B 0.015 (600) = 11 A Генерируемая электрическая мощность является нелинейной и должна быть определена при нескольких скоростях вращения, чтобы ее можно было правильно построить. Когда это будет сделано, желаемые величины могут быть нанесены на график, как показано на рис. 4. Фактическое генерируемое E начинается с нуля и увеличивается примерно как квадрат скорости вращения, пока не начнет течь диодный ток. И поток, и угловая скорость увеличиваются, поэтому уравнение. Я бы предсказал такую ​​кривую. Когда ток через диод начинает течь, реакция якоря снижает скорость увеличения E.Поток также выравнивается из-за насыщения. Затем E можно аппроксимировать для скоростей выше 270 об / мин показанной прямой линией, которую затем можно экстраполировать назад, чтобы пересечь вертикальную ось, в данном случае при 8 В.

10 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 10 Ток также будет линейно увеличиваться, давая квадратичный закон изменения электрической мощности.Оптимальное изменение мощности было бы кубической функцией скорости вращения, которая показана пунктирной кривой на рис. 4. Неравномерность E приводит к тому, что фактическое изменение мощности довольно близко приближается к идеальному, что может указывать на то, что Wincharger в разумных пределах хорошо разработан, чтобы делать свою работу. Рис. 4. Варианты E, I B и P e для Wincharger 1222, подключенного к 12-вольтовой батарее. Следует упомянуть еще один аспект работы шунтирующих генераторов. Когда новый генератор вводится в эксплуатацию, возможно, что нет чистого остаточного магнетизма, вызывающего нарастание напряжения, или что остаточный магнетизм ориентирован в неправильном направлении.Короткое

11 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 11 приложение номинального постоянного напряжения к клеммам генератора обычно устанавливает надлежащий остаточный магнетизм. Это должно применяться, когда генератор остановлен, чтобы ток был значительно выше номинального, и его следует применять не более чем на несколько секунд. Только обмотка возбуждения должна испытывать это напряжение, поэтому, если щетки можно снять с коммутатора, и генератор, и источник постоянного тока будут испытывать гораздо меньше ударов.3 ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ Генератор на постоянных магнитах похож на синхронный или переменный генератор, описанный в предыдущей главе, за исключением того, что поле ротора создается постоянными магнитами, а не током в катушке с проволокой. Это означает, что поставки на месте не требуются, что снижает затраты. Это также означает, что в поле отсутствуют потери мощности I 2 R, что помогает повысить эффективность. Одним из недостатков является то, что поток реактивной мощности нельзя контролировать, если генератор PM подключен к коммунальной сети.Конечно, в асинхронном режиме это не имеет большого значения. Магниты могут быть отлиты в цилиндрическом алюминиевом роторе, который значительно дешевле и прочнее, чем ротор с обмоткой обычного генератора. Коммутатор не требуется, поэтому генератор с постоянными магнитами также будет дешевле, чем генератор постоянного тока из предыдущего раздела. Эти преимущества делают генератор с ПМ значительным интересом для разработчиков небольших асинхронных ветряных турбин. Одной из нагрузок, которую можно было бы использовать на генераторе с постоянными магнитами, была бы система резистивного обогрева помещения или горячей воды.Такая система показана на рис. 5. Все три генерируемых напряжения E a, E b, и c между фазой и нейтралью смещены друг относительно друга на 120 электрических градусов. Напряжения между клеммами между фазой и нейтралью также смещены друг относительно друга на 120 o, если трехфазная нагрузка сбалансирована (R a = R b = R c). Ток I a определяется выражением E a I a = = V a A (10) R s + jx s + R a R a, где X s - синхронное реактивное сопротивление, R s - сопротивление обмотки, а R a - сопротивление одной ноги или одной фазы сопротивления нагрузки.Ток нейтрали I n определяется суммой других токов. I n = I a + I b + I c A (11) Если нагрузка сбалансирована, то ток нейтрали будет равен нулю. В таких условиях провод, соединяющий нейтрали генератора и нагрузки, можно было отсоединить, не оказывая влияния на напряжение или ток в цепи. Однако в асинхронной системе необходимо подключить нейтральный провод, поскольку он позволяет использовать однофазные напряжения V a, V b и v c для других нагрузок в несимметричной системе.Несколько однофазных обогревателей могут работать независимо, например, при наличии нейтрального провода.

12 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 12 Рис. 5: Генератор на постоянных магнитах, подключенный к резистивной нагрузке. Желательно поддерживать три линейных тока примерно на одном и том же значении, чтобы минимизировать колебания крутящего момента. В текстах по электрическому оборудованию показано, что трехфазный генератор будет иметь постоянный крутящий момент на валу при работе в сбалансированных условиях.Однофазный генератор или несимметричный трехфазный генератор имеет крутящий момент, который колеблется с удвоенной электрической частотой. Это делает генератор шумным и сокращает срок службы вала, подшипников и муфт. Это одна из основных причин, по которой однофазные двигатели и генераторы редко встречаются мощностью более 5 кВт. Генератор с постоянными магнитами должен быть сконструирован достаточно прочным, чтобы выдерживать колебания крутящего момента турбины, поэтому некоторый дисбаланс токов генератора не должен быть слишком вредным для системы, но дисбаланс необходимо минимизировать, чтобы снизить уровень шума, если для нет другой причины.Электрическая выходная мощность P e (мощность, подаваемая на нагрузку) генератора с постоянными магнитами на фазу равна. Величина тока равна P e = I 2 a R a W / фаза (12) I a = E a (Rs + R a) 2 + X 2 s A (13) Следовательно, выходная мощность может быть выражена как E 2 P e = ar a (R s + R a) 2 + Xs 2 Генерируемое напряжение E a может быть записано как W / фаза ( 14) E a = ke ω V (15) Это в основном то же уравнение, что и уравнение. 1. Здесь постоянная k e включает поток на полюс, поскольку генератор PM является машиной с постоянным потоком, а также включает любой постоянный коэффициент

.

13 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 13 между механической угловой скоростью ω m и электрической угловой скоростью ω.Например, четырехполюсный генератор, вращающийся со скоростью 1800 об / мин, будет иметь ω m = рад / с и ω = 377 рад / с. Отношение электрической и механической угловой скорости будет 1 для двухполюсного генератора, 2 для четырехполюсного, 3 для шестиполюсного и так далее. Это изменение генерируемого напряжения с угловой скоростью означает, что генератор с постоянными магнитами, который имеет среднеквадратичное напряжение холостого хода 250 В между фазами при 60 Гц, когда ротор генератора вращается со скоростью 1800 об / мин, будет иметь напряжение холостого хода 125 В. при 30 Гц, когда ротор генератора вращается со скоростью 900 об / мин.Если ветряная турбина не будет иметь достаточно сложной системы регулирования скорости, от генератора с постоянными магнитами будут получены большие колебания напряжения и частоты. Поэтому генератор с постоянными магнитами должен быть подключен к нагрузкам, которые могут принимать такие колебания напряжения и частоты. Цепи освещения обычно не подходят для нагрузки. Лампы накаливания не обладают достаточной яркостью при напряжении на 20 процентов ниже номинального и быстро перегорают, если напряжение на 10 процентов выше номинального. Также будет нежелательное мерцание, когда частота упадет значительно ниже 60 Гц.Люминесцентные лампы могут работать в немного более широком диапазоне напряжений и частот в зависимости от типа лампы и балласта. Если цепи освещения должны питаться от генератора с постоянными магнитами, следует рассмотреть возможность использования выпрямителя и аккумуляторной системы только для освещения. Следует отметить, что мощность генератора PM прямо пропорциональна скорости вращения. Номинальный ток зависит от размера проводника обмотки, который фиксируется для данного генератора, поэтому выходная мощность V a I a будет изменяться как E a или как скорость вращения.Сопротивление R a должно быть изменено, поскольку E a изменяется, конечно, для поддержания постоянного тока. Это означает, что генератор мощностью 5 кВт при 1800 об / мин будет рассчитан на 10 кВт при 3600 об / мин, потому что напряжение удвоилось для того же тока, таким образом удвоив мощность. Ограничениями для этого увеличения номинала являются механические ограничения ротора и подшипников, а также электрические ограничения изоляции. В главе 4 мы увидели, что мощность, подаваемая на валу генератора, должна варьироваться как n 3, чтобы турбина работала с максимальной эффективностью в диапазоне скоростей ветра и скоростей турбины.Поскольку n и ω прямо пропорциональны, а эффективность высока, мы можем утверждать, что выходная мощность генератора PM должна изменяться как ω 3, чтобы генератор был оптимальной нагрузкой для турбины. Фактическое изменение может быть определено путем явного показа частотной зависимости членов в формуле. 14. В дополнение к E a существует реактивное сопротивление X s, которое определяется как X s = ωl s Ω (16) Член L s - это индуктивность обмоток генератора. Это не истинная константа из-за эффектов насыщения в железе генератора, но мы проигнорируем этот факт в этой элементарной трактовке.Частотное изменение выходной электрической мощности определяется выражением

.

14 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 14 ke 2 P e = ω2 R a (R s + R a) 2 + ω 2 L 2 W / phase (17) s Мы видим, что на очень низких частотах или при очень большом сопротивлении нагрузки что P e увеличивается как квадрат частоты. Однако на очень высоких частотах, когда ωl s больше, чем R s + R a, выходная мощность будет почти постоянной при увеличении частоты.При номинальной скорости и номинальной мощности X s будет аналогичен по величине R s + R a, а изменение P e будет почти пропорционально частоте. Таким образом, мы видим, что генератор с постоянными магнитами с фиксированной резистивной нагрузкой не является оптимальной нагрузкой для ветряной турбины. Если мы настаиваем на использовании такой системы, кажется, что мы должны использовать какой-то механизм наклона лопастей на турбине. Механизм наклона лопастей - технически хорошее решение, но довольно дорогое. Стоимость этой системы, вероятно, намного превышает экономию на генераторе с постоянными магнитами по сравнению с другими типами генераторов.Альтернативой нагрузке с фиксированным сопротивлением является нагрузка с переменным сопротивлением. Одним из способов изменения сопротивления нагрузки, видимого генератором, является установка переменного автотрансформатора между генератором и нагрузочными резисторами. Схема для одной фазы такого подключения показана на рис. 6. Основные уравнения автотрансформатора были приведены в предыдущей главе. Напряжение, воспринимаемое нагрузкой, может быть изменено от нуля до некоторого значения выше напряжения генератора в этой системе. Таким образом, мощность может плавно регулироваться от нуля до номинальной.Микрокомпьютер необходим для определения скорости ветра, скорости турбины и, возможно, скорости изменения скорости турбины. Затем он будет сигнализировать электрическому приводу на автотрансформаторе об изменении настройки, если это необходимо для правильной нагрузки турбины. Хорошая система управления могла бы предвидеть изменения мощности турбины из-за изменений скорости ветра и поддерживать нагрузку около оптимального значения в широком диапазоне скоростей ветра. Рисунок 6: Регулировка нагрузки с помощью переменного автотрансформатора. Одна из проблем этой концепции заключается в том, что трехфазный регулируемый автотрансформатор с приводом от двигателя, вероятно, стоит столько же, сколько и генератор с постоянными магнитами.Еще одна проблема - механическая надежность скользящих контактов автотрансформатора. Они, безусловно, потребуют регулярного обслуживания. Мы видим, что преимущества генератора с постоянными магнитами в области стоимости и надежности были потеряны при использовании переменного автотрансформатора для управления нагрузкой. Другой способ управления нагрузкой, который устраняет регулируемый автотрансформатор, - это использование микрокомпьютера для включения дополнительных резисторов, таких как скорость ветра и скорость турбины

.

15 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 15 увеличение.Основная схема показана на рис. 7. Переключатели могут быть твердотельными (симисторы), которые легко управляются логическими уровнями микрокомпьютера и могут выдерживать миллионы рабочих циклов. Стоимость и надежность этой системы контроля нагрузки находятся в приемлемых пределах. К сожалению, эта концепция приводит к незначительно нестабильной системе для турбины Дарье и, возможно, также и для винтовой турбины с горизонтальной осью. Нестабильность можно наблюдать, исследуя выходную электрическую мощность Sandia 17 m Darrieus, как показано на рис.8. Выходная мощность для оптимальной нагрузки проходит через пиковую выходную мощность турбины при любой скорости ветра, как обсуждалось в главе 4. Мощность нагрузки для четырех различных комбинаций резисторов показана как линейная функция от n в зависимости от рабочего диапазона. точки. Эти кривые являются разумными приближениями для реальных кривых P e, как было указано в ходе обсуждения после уравнения. 17. Нам не нужны лучшие или более точные кривые для P e, потому что нестабильность будет присутствовать при любой нагрузке, которая изменяется со скоростью менее n 3.Рисунок 7: Регулировка нагрузки переключением резисторов. Мы предполагаем, что мощность нагрузки определяется кривой, обозначенной R a1, и что скорость ветра составляет 6 м / с. Турбина будет работать в точке а. Если скорость ветра увеличивается до 8 м / с, крутящий момент турбины превышает крутящий момент нагрузки, и турбина ускоряется в направлении точки b. Если второй резистор включен, мощность нагрузки увеличится, что приведет к замедлению турбины. Тогда новой рабочей точкой будет точка c. Если скорость ветра снова упадет до 6 м / с, мощность нагрузки превысит доступную мощность от турбины, поэтому турбина должна будет замедлиться.Если нагрузка не будет снята достаточно быстро, рабочая точка пройдет через точку f, и турбина остановится аэродинамически. Он может даже полностью остановиться, и его нужно будет перезапустить. Дополнительную нагрузку необходимо сбросить, как только турбина начнет замедляться, чтобы предотвратить это состояние. Другой способ выразить трудности с этой системой управления - отметить, что изменение скорости является чрезмерным. Предположим, что сопротивление равно R a1 + R a2 + R a3, и у нас был постоянный ветер чуть более 10 м / с.Если скорость ветра будет медленно уменьшаться до 10 м / с, турбина перейдет в рабочую точку, обозначенную d, а затем по мере дальнейшего замедления нагрузка переключится на R a1 + R a2. Затем турбина разгонится до точки е. В этом примере скорость изменится примерно от 50 до 85 об / мин. Это очень большое изменение скорости и может создать механические трудности для турбины. Он также помещает рабочую точку значительно ниже пика кривой мощности, что нарушает одну из первоначальных причин для рассмотрения асинхронной системы - поддержание пиковой мощности в диапазоне скоростей ветра и скорости вращения турбины.Таким образом, мы видим, что генератор PM с переключаемым или переменным резистивным

16 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 16 Рис. 8: Выходная электрическая мощность 17-метровой станции Sandia Darrieus в режиме переменной скорости. нагрузка действительно не очень эффективная нагрузка ветряной турбины. Проблемы, которые создает эта система, можно решить, но решение, вероятно, будет дороже, чем система другого типа.Другой альтернативой согласования мощности нагрузки с мощностью турбины является последовательный резонансный контур. Эта концепция была успешно использована компанией Zephyr Wind Dynamo Company для создания простой согласующей схемы для своей линейки очень низкоскоростных генераторов с постоянными магнитами. Основная концепция показана на рис. 9.

17 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 17 Рисунок 9: Последовательный резонансный контур для генератора с постоянными магнитами.Емкостное реактивное сопротивление X C выбирается таким образом, чтобы цепь стала резонансной (X C = X s) при номинальной частоте. Выходная мощность будет изменяться в зависимости от частоты таким образом, чтобы ее можно было довольно точно согласовать с доступной потребляемой мощностью от ветряной турбины данного типа. Потребуется защита от превышения скорости, но сложные средства управления изменением шага, действующие между включением и номинальной скоростью ветра, не являются существенными. Выходная мощность последовательного резонансного генератора PM составляет ke 2 P e = ω2 R a (R s + R a) 2 + (ωl s 1 / ωC) 2 Вт / фаза (18) Ниже резонанса член емкостного реактивного сопротивления больше чем член индуктивного реактивного сопротивления.В резонансе ωl s = 1 / ωC. Выходная мощность имеет тенденцию увеличиваться с частотой даже выше резонанса, но в конечном итоге приближается к постоянному значению на достаточно высокой частоте. L s можно несколько изменить в конструкции генератора с постоянными магнитами, а C можно легко изменить для соответствия кривой выходной мощности данной турбины. Никакого контроля не требуется, поэтому надежность и стоимость должны быть приемлемыми. Пример Трехфазный генератор с постоянными магнитами имеет линейное напряжение разомкнутой цепи E a, равное 150 В, и реактивное сопротивление X s, равное 5.9 Ом / фаза при 60 Гц. Последовательное сопротивление R s можно не учитывать. Генератор включен в последовательный резонансный контур, как показано на рис. 9. При частоте 60 Гц контур является резонансным, и общая трехфазная мощность 10 кВт подается на сбалансированную нагрузку с сопротивлением R a Ом / фаза. 1. Найдите C. 2. Найдите R a. 3. Найдите ток I a. 4. Найдите общую трехфазную мощность, подаваемую на тот же набор резисторов на частоте 40 Гц. В резонансе X C = X s = 5,9 Ом и ω = 2πf = 377 рад / с. Емкость C = 1 ωx C = 1377 (5.9) = F

18 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 18 Индуктивность равна Мощность на фазу L s = X s ω = = H 10, 000 P e = = 3333 Вт / фаза 3 При резонансе индуктивное и емкостное сопротивление взаимно компенсируются, поэтому V a = E a. Сопротивление R a равно. Ток I a определяется выражением R a = V 2 a P e = (150) = 6,75 Ом I a = V a R a = = 22,22 A При 40 Гц цепь больше не резонансная.Мы хотим использовать уравнение. 18, чтобы найти силу, но сначала нам нужно k e. Это может быть определено из уравнения. 15 и номинальные условия как. Тогда общая мощность будет ke = E ω = = 0,398 P tot = 3P e = 3 (0,398) 2 [2π (40)] 2 (6,75) (6,75) 2 + [2π (40) () 1 / (2π (40) ())] 2202, 600 = = 2910 Вт Если мощность соответствует идеальной кубической кривой, при 40 Гц общая мощность должна быть () 3 40 P tot, идеально = 10, 000 = 2963 W 60 Мы можем видеть, что резонансный контур заставляет фактическую мощность довольно точно соответствовать идеальному изменению в этом диапазоне частот.4 ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Генератор переменного тока, который обычно используется для подачи синхронной энергии в электрическую сеть, также может использоваться в асинхронном режиме [14]. Эта машина обсуждалась в предыдущей

19 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 19 глава. Он может быть подключен к резистивной нагрузке для систем отопления и нагрева воды по той же принципиальной схеме, что и генератор PM, показанный на рис.5. Основное различие состоит в том, что наведенные ЭДС больше не пропорциональны только скорости, а пропорциональны произведению скорости и потока. В линейном случае поток прямо пропорционален току возбуждения I f, поэтому a может быть выражено как E a = k f ωi f V / phase (19) где ω = 2πf - электрическая радианная частота, а k f - постоянная. Предположим теперь, что ток возбуждения можно изменять пропорционально скорости машины. Тогда индуцированное напряжение можно записать как E a = k f ω 2 В / фаза (20) где k f - другая постоянная.Его можно определить, зная номинальное генерируемое напряжение (напряжение холостого хода) при номинальной частоте. Электрическая выходная мощность тогда определяется выражением, аналогичным формуле. 17. P e = k 2 f ω4 R a (R s + R a) 2 + ω 2 L 2 s W / фаза (21) Изменение выходной мощности будет как некоторая функция между ω 2 и ω 4. С При правильном выборе индуктивности машины и сопротивления нагрузки мы можем иметь изменение мощности, очень близкое к оптимальному значению ω 3. Может быть желательно изменить ток возбуждения каким-либо другим способом для достижения других целей.Например, мы могли бы изменять его со скоростью, пропорциональной ω 2, так что выходная мощность будет изменяться как некоторая функция между ω 4 и ω 6. Это позволит турбине работать в более узком диапазоне скоростей. На низких скоростях выходная мощность будет очень небольшой, что позволит турбине разгоняться почти до номинальной скорости при небольшой нагрузке. Затем нагрузка будет быстро увеличиваться с увеличением скорости, поэтому номинальная мощность генератора будет достигнута при небольшом увеличении скорости. Поскольку скорость увеличивается еще больше в условиях сильного ветра, какое-то механическое устройство защиты от превышения скорости будет активировано, чтобы предотвратить дальнейшее увеличение скорости.Если турбина имеет регулировку шага, так что скорость генератора может поддерживаться в узком диапазоне, ток возбуждения можно изменять для поддержания желаемого напряжения нагрузки. От такого источника могла работать вся бытовая техника, кроме часов и некоторых телевизоров. Частота может варьироваться от 56 до 64 Гц, но это не повлияет на большинство бытовых приборов, если в то же время присутствует надлежащее напряжение. Система управления должна иметь дискреционные нагрузки как для слабого, так и для сильного ветра.Слишком большая нагрузка при низких скоростях ветра приведет к замедлению турбины ниже желаемого диапазона скоростей, в то время как очень легкие нагрузки при высоких скоростях ветра затруднят системе управления шагом поддерживать скорость турбины на приемлемом значении. При средних скоростях ветра система управления должна иметь возможность выбирать между

20 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 20 изменение шага и изменение нагрузки для поддержания частоты при переменном ветре.Для этого потребуется очень сложная система управления, но она будет обеспечивать мощность, близкую к полезной, непосредственно от ветряной турбины. Очевидно, что генератор переменного тока с источником возбуждения и соответствующей системой управления будет относительно дорогим при небольших размерах. Эту систему, вероятно, будет трудно оправдать с экономической точки зрения при размерах менее 100 кВт. Однако это может быть хорошим выбором для деревень, отделенных от электросети, из-за присущего качества электричества. Большинство деревенских нагрузок могут работать напрямую от этого генератора.Небольшой аккумуляторный блок и инвертор смогут справиться с критическими нагрузками в безветренные периоды. 5 САМОВОЗБУЖДЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА В главе 5 мы рассмотрели работу асинхронной машины как двигателя и генератора, подключенных к электросети. Мы увидели, что индукционный генератор обычно проще, дешевле, надежнее и, возможно, более эффективен, чем генератор переменного тока или генератор постоянного тока. Индукционный генератор и генератор с постоянными магнитами похожи по конструкции, за исключением ротора, поэтому сложность, надежность и эффективность должны быть одинаковыми для этих двух типов машин.Однако индукционный генератор, вероятно, будет дешевле, чем генератор с постоянными магнитами, возможно, в два раза из-за различий в производимых количествах. Асинхронные двигатели используются очень широко, и можно ожидать, что многие из них будут использоваться в качестве индукционных генераторов из-за таких факторов, как хорошая доступность, надежность и разумная стоимость [3]. Асинхронную машину можно заставить работать как изолированный генератор переменного тока, подав необходимый возбуждающий или намагничивающий ток от конденсаторов, подключенных к клеммам машины [8, 2, 14].На рис. 10 показана типовая схема трехфазной индукционной машины с короткозамкнутым ротором. Конденсаторы показаны треугольником, главным образом, по экономическим причинам. То есть конденсаторы, предназначенные для непрерывной работы, называемые конденсаторами двигателя, наиболее доступны в номиналах 370 и 460 В. Большинство асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт и более построены с номиналами 208, 230 или 460 В, поэтому имеющиеся конденсаторы могут легко выдерживать межфазное напряжение. Если конденсаторы были повторно подключены в звезду, напряжение на каждом конденсаторе уменьшается до 1/3 от значения, подключенного треугольником, а реактивная мощность, подаваемая каждым конденсатором, ωcv 2, тогда составляет одну треть реактивной мощности на конденсатор. получается из дельта-соединения.При соединении звездой требуется в три раза больше емкости, что излишне увеличивает стоимость системы. Резистивная нагрузка показана соединенной звездой, но при желании может быть соединена треугольником. Могут быть комбинации соединений звездой и треугольником, если требуются разные уровни напряжения. Вариант сбалансированной нагрузки в установившемся состоянии обычно анализируется с точки зрения эквивалента

21 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 21 Рисунок 10: Самовозбуждающийся индукционный генератор.нейтральная однофазная цепь, как показано на рис. 11. Это та же схема, что и в главе 5, за исключением конденсатора и нагрузочного резистора, которые заменяют подключение к электросети. Для целей анализа конденсатор C является эквивалентной емкостью, соединенной звездой. То есть C = 3C d µf (22) где C d - требуемая емкость на каждую ветвь соединения треугольником. Эта схема очень похожа на схему, представленную в учебниках по электронике в разделе, посвященном генераторам [13]. Он называется осциллятором отрицательного сопротивления.У нас есть резонансный контур, в котором емкостное реактивное сопротивление равно индуктивному реактивному сопротивлению на некоторой частоте, поэтому на этой частоте будут возникать колебания. Колебания возникают гораздо легче, когда R L удален, поэтому при нормальной работе индукционного генератора R L будет отключен от цепи до тех пор, пока не произойдет нарастание напряжения. Индукционный генератор вырабатывает небольшое напряжение за счет остаточного магнетизма, которое вызывает колебания. Напряжение на клеммах будет расти от этого небольшого напряжения до значения, близкого к номинальному, в течение нескольких секунд.Как только напряжение достигнет рабочего значения, сопротивление нагрузки R L может быть снова переключено в цепь. Можно остановить колебания в любом контуре генератора чрезмерной нагрузкой (слишком малым значением R L). Когда R L приближается к этому пределу, генератор может работать в неожиданных режимах из-за нелинейности схемы. Например, форма сигнала может быть плохой или скольжение индукционного генератора может стать необычно большим. Это должно быть частью обычных процедур проектирования, чтобы определить, что максимальная расчетная нагрузка для данного генератора не слишком близка к этому критическому пределу.В то время как общий принцип работы схемы на рис. 11 не слишком труден для понимания, детальный анализ довольно затруднен из-за нелинейного реактивного сопротивления намагничивания. Доступные решения имеют довольно ограниченную полезность из-за своей сложности [10, 5, 6, 7]. Подробный обзор этих решений выходит за рамки этого текста, поэтому мы ограничимся обсуждением некоторых экспериментальных результатов.

22 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 22 Рисунок 11: Однофазная эквивалентная схема самовозбуждающегося индукционного генератора.Однако сначала мы обсудим некоторые особенности параметров машины, показанные на рис. 11. Это должно помочь тем, кто хочет читать более подробную литературу, а также должно помочь развить некоторую интуицию для прогнозирования изменений в производительности машины в зависимости от условий эксплуатации. изменение. Величины цепи R 1, R 2, R m, X 1, X 2 и X m могут быть измерены экспериментально на данной машине. Методы выполнения этого обсуждаются в текстах по электрическому оборудованию. Следует отметить, что эти параметры машины несколько изменяются в зависимости от условий эксплуатации.R 1 и R 2 будут увеличиваться с увеличением температуры между двумя температурами T a и T b как R a = T a (23) R b T b, где T a и T b выражены в градусах Цельсия, R a - сопротивление R 1 или R 2. при температуре T a, а r b - сопротивление при T b. Это выражение достаточно точно как для алюминия, так и для меди, обычных проводников, в ожидаемом диапазоне температур генератора. Изменение сопротивления от холостого генератора при 20 o C до работающего в жаркий день с температурой обмотки 60 o C составляет () / (235-20) = То есть сопротивления R 1 и R 2 могут увеличиваться на 37. процентов от ожидаемого диапазона рабочих температур.Такие вариации необходимо будет включить в полный анализ. Сопротивление R m представляет собой гистерезис и потери на вихревые токи машины. Мощность, теряемая на гистерезис, изменяется в зависимости от рабочей частоты, в то время как потери на вихревые токи изменяются как квадрат рабочей частоты. Также возможны отклонения от рабочего напряжения. Фактическая рабочая частота, вероятно, будет между 40 и 60 Гц в практической системе, поэтому этот эквивалентный резистор будет варьироваться, возможно, на 40 или 50 процентов при изменении рабочей частоты.Если машина имеет низкие магнитные потери, так что R m значительно больше, чем сопротивление нагрузки R L, то одно среднее значение R m даст приемлемые результаты. Фактически, R m можно даже не учитывать при изучении эффектов колебаний, если индукционный генератор имеет высокий КПД. Реактивные сопротивления X 1, X 2 и X m задаются выражениями ωl 1, ωl 2 и ωL m, где ω - электрическая радианная частота, а L 1, L 2 и L m относятся к индуктивностям цепи. Частота ω будет изменяться в зависимости от входной мощности, сопротивления нагрузки и емкости для данного комплекта машины.

23 Глава 6 Асинхронные генераторы 6 23 параметров.Индуктивности рассеяния L 1 и L 2 не должны изменяться в зависимости от температуры, частоты или напряжения, если размеры машины не меняются. Однако воздушный зазор между ротором и статором может изменяться в зависимости от температуры, что приведет к изменению индуктивности. Уменьшение воздушного зазора вызовет уменьшение индуктивности рассеяния. Намагничивающая индуктивность L m является сильно нелинейной функцией рабочего напряжения V L из-за эффектов насыщения в магнитной цепи. Фактически устойчивая работа этой системы возможна только при нелинейном L m.Изменение L m сильно зависит от типа стали, используемой в индукционном генераторе. Мы получаем L m из кривой намагничивания без нагрузки, такой как показанная на рис. 12. Это в основном те же кривые, что и на рис. 3 для генератора постоянного тока, за исключением того, что они масштабируются в единицах величин. Различные отношения на единицу были определены в Разделе 5.4. Каждая кривая получена в условиях отсутствия нагрузки (R L =), поэтому скольжение почти равно нулю, а ток I 2 ротора незначителен. В этом случае ток намагничивания, протекающий через L m, почти равен выходному току I 1.Вертикальная ось обозначена как V L, pu / ω pu, поэтому только одна кривая описывает работу в диапазоне частот. Строго говоря, кривая намагничивания должна представлять собой напряжение в воздушном зазоре VA, построенное против I 1 (или I e), а не напряжение на клеммах V L. Точечная коррекция может быть сделана для измеренной кривой VL в зависимости от I 1 с помощью уравнения VA. = VL + I 1 (R 1 + jx 1) (24) Кривая намагничивания будет иметь несколько разные формы для разных сталей и различных технологий производства, используемых при сборке генератора.Эти конкретные кривые относятся к трехфазному асинхронному двигателю Dayton мощностью 5 л.с., рассчитанному на межфазное напряжение 230 В и 14,4 А, и трехфазному асинхронному двигателю Baldor мощностью 40 л.с., рассчитанному на 460/230 В между фазами и 48/96 А. Измеренные параметры на единицу для машины мощностью 5 л.с. составили R m = 13, R 1 = 0,075, R 2 = 0,045, и L 1 = L 2 = Измеренные параметры для машины мощностью 40 л.с. на единицу были R m = 21,8, R 1 = 0,050, R 2 = 0,025 и L 1 = L 2 = Машина мощностью 40 л.с. более эффективна, чем машина мощностью 5 л.с., потому что R m больше, а R 1 и R 2 меньше, тем самым уменьшая сроки потери.Мы видим, что для машины мощностью 5 л.с. номинальное напряжение достигается, когда I 1 составляет примерно половину номинального тока. Напряжение на клеммах, примерно в 1,15 раза превышающее номинальное напряжение, получается для I 1, примерно равного 0,8 номинального тока. Следует отметить, что ток намагничивания может превышать номинальный ток машины. Ток намагничивания должен быть ограничен примерно до 0,75 о.е., чтобы обеспечить приемлемый ток в нагрузке без превышения номинальных характеристик машины. Это означает, что номинальное напряжение не должно превышаться более чем на 10 или 15 процентов для самовозбуждающегося генератора мощностью 5 л.с., если необходимо избежать перегрева.Аппарат мощностью 40 л.с. достигает номинального напряжения, когда I 1 составляет около 0,3 от номинального значения. Напряжение на клеммах, равное 130% номинального напряжения, достигается при токе возбуждения, равном всего 0,6 номинального линейного тока. Это означает, что машина мощностью 40 л.с. может работать при более высоких напряжениях, чем

.

Мини-вертикальный ветрогенератор, напечатанный на 3D-принтере

Что касается конструкции лопастей, возможны различные решения.В первом варианте мы использовали водосточный желоб из ПВХ длиной 2 метра с диаметром 125 мм, разрезанный на четыре части длиной 300 мм, стержень с резьбой M8, в который вставляли зубчатое колесо диаметром 67 мм и 44 зуба, шестерню диаметром 16 мм и 10 зубьев, закрепленных на валу двигателя, опоры из АБС-пластика с 3D-принтером для соединения лопастей с резьбовой штангой и четыре подшипника 8x22x7 мм.

Также можно заменить четыре части желоба из ПВХ четырьмя листами из алюминия, стали, меди и т. Д... с размерами 300x220x1,5 мм, изогнутыми на более длинной стороне для вставки в соответствующие опоры из ABS. Самое большое зубчатое колесо, контактирующее с зубьями шестерни, позволяет валу нашего двигателя вращаться, создавая напряжение, прямо пропорциональное скорости ветра.
Благодаря новому принтеру 40x40x40 см, созданному Futura Group, мы разработали, опять же с помощью Google SketchUp, вторую версию, которая включает в себя сборку ветряных лопастей в виде единого блока, любезно напечатанного лабораторией Futura Group, всегда из ABS.Это решение позволило значительно сократить количество деталей, необходимых для нашего вертикального ветрогенератора.

Эта ветряная турбина, как видите, небольшая, но ничто не мешает сделать версию с более крупными лопастями и использовать мотор большей мощности. Как теперь известно, основная проблема альтернативных источников энергии - это не только вырабатываемая энергия, но, прежде всего, возможность накапливать ее для дальнейшего использования, в отсутствие ветра (в нашем случае) или в отсутствие солнца. для фотоэлектрических систем.Эта проблема характерна и для нашего ветрогенератора, чтобы избежать ее, мы решили хранить энергию, произведенную с помощью батарей и регулятора заряда.
Выбор емкости батареи должен производиться в зависимости от того, сколько энергии мы хотим накопить. Система состоит из регулятора заряда, одного или нескольких аккумуляторов и, если вы хотите запитать устройства 220 В переменного тока, от инвертора, способного преобразовывать постоянное напряжение (12/24 В постоянного тока) в переменное напряжение (220 В переменного тока)),.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу двигателя.Производители автомобилей постоянно играют со всеми перечисленными ниже параметрами, чтобы сделать двигатель более мощным и / или более экономичным.

Увеличьте рабочий объем: Чем больше рабочий объем, тем больше мощность, потому что вы можете сжигать больше газа за каждый оборот двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров. Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Объявление

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем больше мощность, до определенного предела.Однако чем сильнее вы сжимаете топливно-воздушную смесь, тем больше вероятность самопроизвольного воспламенения (до того, как свеча зажигания воспламенит его). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое преждевременное сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно нужен высокооктановый бензин - их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить большую мощность.

Заправьте больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр определенного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (точно так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания.Турбокомпрессоры и нагнетатели повышают давление поступающего воздуха, чтобы эффективно втиснуть больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение входящего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотите, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании. Поэтому многие автомобили с турбонаддувом и наддувом имеют интеркулер . Интеркулер - это специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух, чтобы охладить его перед попаданием в цилиндр.

Позвольте воздуху поступать более легко: Когда поршень опускается во время такта впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, поместив по два впускных клапана в каждый цилиндр. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы для устранения сопротивления воздуха. Большие воздушные фильтры также могут улучшить воздушный поток.

Позвольте выхлопу легче выходить: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, это лишает двигатель мощности.Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан к каждому цилиндру. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет четыре клапана на цилиндр, что улучшает рабочие характеристики. Когда вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что автомобиль имеет четыре цилиндра и 16 клапанов, в рекламе говорится, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком мала или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать противодавление, которое имеет такой же эффект. В высокоэффективных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения противодавления в выхлопной системе.Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, используя две выхлопные трубы вместо одной.

Сделайте все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше. Каждый раз, когда поршень меняет направление, он расходует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и запустить его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению топливной экономичности и производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр.Это улучшает характеристики и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые распространенные вопросы читателей о двигателях.

Преобразование генератора переменного тока и двигателя постоянного / переменного тока в ветряные генераторы

Это ответ на вопрос «Спроси Стива».

Сегодняшний вопрос от Питера. Он спрашивает, как мне сделать ветряную мельницу, которая использует генератор для выработки электроэнергии?

Как генератор вырабатывает электроэнергию

В 1831–1832 годах Майкл Фарадей обнаружил, что электрический ток создается при перемещении трубопровода, такого как медный провод, через магнитное поле.Вы можете создать непрерывный поток электронов или тока, непрерывно перемещая катушку с проволокой через магнитное поле.

Здесь MrTeslonian объясняет больше:

Почему в вашей машине не работает генератор?

Генераторы, используемые в турбинах, имеют в себе твердотельные магниты (что означает, что они имеют постоянное / статическое магнитное поле), но генераторы в автомобилях имеют в них электромагниты (которые имеют магнитное поле, которое зависит от того, сколько электричества вы вложили в них. ).Это означает, что автомобильным генераторам требуется энергия для выработки энергии. Производители автомобилей делают это, чтобы они могли включать или выключать генератор по мере необходимости, чтобы предотвратить перезарядку аккумулятора и контролировать количество вырабатываемой электроэнергии.

Это делается с помощью регулятора напряжения. Хотя некоторые современные автомобильные генераторы переменного тока поставляются с внешними регуляторами напряжения, большинство из них имеют внутренние. В любом случае они не будут работать для ветряной турбины без некоторых модификаций.

В дополнение к этому, число оборотов в минуту (об / мин), необходимое для выработки хорошего тока, выше, чем число об / мин, которое может создать средняя турбина.Чтобы заставить его работать, вам нужно будет добавить зубчатые колеса и шкивы, которые будут создавать трение и потерю эффективности.

Здесь Дэн Рохас объясняет больше об генераторах переменного тока

Преобразование автомобильного генератора

Я не собираюсь говорить, что вы не можете использовать автомобильный генератор переменного тока для своей ветряной мельницы, но я скажу, что он потребует некоторой модификации. У г-на Теслоняна есть пара информативных видео о том, как он преобразовал автомобильный генератор переменного тока или создал генератор для использования в турбине.К сожалению, он не показал ни своего готового продукта, ни того, насколько хорошо он работал.

МрТеслонян обработал вращающийся сердечник (ротор) и установил постоянные магниты, а затем самостоятельно с нуля переоборудовал медные обмотки (сердечник статора). Очень круто.

Если вам нужно что-то с немного менее нестандартным набором инструментов. Джефф покажет вам, как это сделать с деталями, которые он продает в Missouri Wind and Solar. Он продает роторы с предустановленными постоянными магнитами.

Вы можете купить ротор здесь или здесь, а статор - здесь. Но по такой цене вы можете просто захотеть купить один из этих генераторов: Freedom Hydro, Freedom, Freedom II Hydro или Freedom II. (Я никак не связан с Missouri Wind and Solar и не получаю от них комиссионных)

Сделайте свой собственный генератор Преобразование потолочного вентилятора

В отличие от автомобильных генераторов, двигатели потолочных вентиляторов имеют статический центр катушек или обмоток.Этот центр называется статором. Когда электроны проходят через эти катушки, они создают магнитное поле. Круглый ротор снаружи реагирует на магнитное поле и вращается вместе с лопастями вентилятора. Этот круговой ротор представляет собой серию стальных пластин, организованных определенным геометрическим образом, поэтому они будут реагировать на магнитное поле, создаваемое статором и вращением.

Двигатели потолочных вентиляторов легче переоборудовать, чем автомобильные генераторы, из-за статических катушек. Чтобы превратить его в генератор, достаточно заменить стальной ротор на набор постоянных магнитов.Когда у меня появится свободное время, я попробую это. Здесь Скотт Браун довольно хорошо демонстрирует, как это сделать.

Класс потолочного вентилятора, часть 1

Класс потолочного вентилятора, часть 2

Класс потолочного вентилятора, часть 3

Класс потолочного вентилятора, часть 4 (только для примечаний по выпрямителям в 4:23)

Класс потолочного вентилятора, часть 5

Класс потолочного вентилятора, часть 6

Как работают самоуправляемые автомобили?

Где все беспилотные автомобили? Это то, что вы, вероятно, говорите себе после того, как многие крупные технологические и автомобильные компании прогнозировали, что к следующему году, в 2020 году, полностью автономные технологии будут развернуты во многих автопарках.

Хотя этот «крайний срок» выглядит так, как будто он не будет соблюден, за последние несколько лет беспилотные автомобили и автономные технологии добились значительных успехов. Совсем недавно автономный полугрузовик без проблем совершил поездку по США.

Система автопилота Tesla, безусловно, была изюминкой технологий автономного вождения, и с самого начала она была в центре внимания. У Tesla есть преимущество первопроходца, поскольку она заново изобрела структуру и функционирование автомобильной компании.В прошлом году система автопилота Tesla наработала более 2 миллиардов миль .

Это значительный пробег с очень небольшим количеством аварий по сравнению с водителями-людьми.

Поскольку технологии все еще развиваются, возможно, все еще находятся в зачаточном состоянии, что такое технология самоуправления и как работают автомобили, оснащенные ею?

Что такое беспилотные автомобили?

Термины «самоуправление» и «автономный» используются взаимозаменяемо, и, по сути, так оно и есть.Автономность является более общей, в то время как автономное вождение относится только к транспортным средствам. В случае с автомобилями эти детали не имеют значения.

Беспилотные автомобили полагаются на аппаратное и программное обеспечение, чтобы двигаться по дороге без участия пользователя. Оборудование собирает данные; программное обеспечение организует и компилирует его. Что касается программного обеспечения, входные данные обычно обрабатываются с помощью алгоритмов машинного обучения или сложных строк кода, которые были обучены в реальных сценариях. Именно эта технология машинного обучения лежит в основе технологий беспилотного вождения.

По мере того как все больше и больше данных обрабатывается с помощью алгоритмов автономного самоуправления, они становятся только лучше и лучше - умнее и умнее. Алгоритмы машинного обучения могут, по сути, научиться функционировать, если им поставлены правильные ограничения и цели.

Уровни автономных транспортных средств

Когда мы думаем об автономных или беспилотных транспортных средствах, мы, вероятно, думаем об автомобиле или полуавтомобиле, который может управлять собой полностью без участия человека.Хотя это автономно, это не говорит всей истории. Этот «полностью автономный» сценарий представляет собой автономное транспортное средство 5 уровня , уровни 0–5 представляют полный спектр вождения, от полностью человеческого, до 5 , полностью компьютерного.

Взгляните на полезную инфографику ниже, чтобы визуализировать эти 5 различных уровней автоматизации.

Источник: The Simple Dollar

Чтобы объяснить каждую деталь более конкретным текстом, мы изложили их все ниже.

Уровень 0: Водитель постоянно полностью контролирует автомобиль.

Уровень 1: Управление отдельными транспортными средствами автоматизировано, например, электронный контроль устойчивости или автоматическое торможение.

Уровень 2 : По крайней мере, два элемента управления могут быть автоматизированы одновременно, например, адаптивный круиз-контроль в сочетании с удержанием полосы движения.

Уровень 3: 75% автоматизация . В определенных условиях водитель может полностью отказаться от управления всеми критически важными для безопасности функциями.Автомобиль определяет, когда условия требуют, чтобы водитель снова взял управление на себя, и предоставляет водителю «достаточно комфортное время перехода» для этого.

Уровень 4: Транспортное средство выполняет все важные для безопасности функции на протяжении всей поездки, при этом от водителя не ожидается, что он будет управлять транспортным средством в любое время.

Уровень 5: В транспортном средстве люди только в качестве пассажиров, взаимодействие с ними не требуется и не возможно.

СВЯЗАННЫЙ: UBER ВОЗВРАЩАЕТ АВТОМОБИЛЬНЫЕ АВТОМОБИЛИ К РАБОТЕ - НО С ЧЕЛОВЕКАМИ

Какие технологии используются в беспилотных автомобилях?

Беспилотные автомобили включают в себя значительное количество технологий.Аппаратное обеспечение этих автомобилей оставалось довольно стабильным, но программное обеспечение, стоящее за автомобилями, постоянно меняется и обновляется. Рассматривая некоторые из основных технологий, мы имеем:

Камеры

Илон Маск, как известно, заявил, что камеры - единственная сенсорная технология, необходимая для беспилотных автомобилей, нам просто нужны алгоритмы, чтобы иметь возможность полностью воспринимать изображения, которые они получают. . Изображения с камеры фиксируют все, что необходимо для управления автомобилем, просто мы все еще разрабатываем новые способы для компьютеров, чтобы обрабатывать визуальные данные и преобразовывать их в трехмерные данные.

У Teslas есть 8 внешних камер , чтобы помочь им понять окружающий мир.

Радар

Радар - одно из основных средств, которые беспилотные автомобили используют для «видения» вместе с LiDar, компьютерными изображениями и камерами. Радар имеет самое низкое разрешение из трех, но он может видеть сквозь неблагоприятные погодные условия, в отличие от LiDAR, который основан на свете. Радар, с другой стороны, основан на радиоволнах, что означает, что он может распространяться сквозь такие вещи, как дождь или снег.

LiDAR

Датчики LiDAR - это то, что вы увидите на вертящихся беспилотных автомобилях. Эти датчики излучают свет и используют обратную связь для создания высокодетализированной трехмерной карты окружающей местности.

LiDAR имеет очень высокое разрешение по сравнению с RADAR, но, как мы упоминали выше, у него есть ограничения в условиях плохой видимости из-за того, что он основан на свете.

Другие датчики

Беспилотные автомобили также будут использовать традиционное GPS-слежение, наряду с ультразвуковыми датчиками и инерциальными датчиками, чтобы получить полную картину того, что делает автомобиль, а также что происходит вокруг него.В сфере машинного обучения и технологий самоуправления чем больше данных будет собрано, тем лучше.

Computer Power

Всем беспилотным автомобилям и практически всем современным автомобилям требуется бортовой компьютер для обработки всего, что с ним происходит в режиме реального времени.

Беспилотным автомобилям требуется исключительная вычислительная мощность, поэтому вместо традиционных ЦП они используют графические процессоры или ГП для вычислений. Однако даже самые лучшие графические процессоры начали оказываться недостаточными для нужд экстремальной обработки данных, наблюдаемой в беспилотных автомобилях, поэтому Tesla представила чип ускорителя нейронной сети, или NNA.Эти NNA обладают исключительной мощностью обработки в реальном времени, способной обрабатывать изображения в реальном времени.

С точки зрения перспективы между CPU, GPU и NNA, это количество гига-операций в секунду, которое они могут обрабатывать, или GOPS:

NNA являются явным победителем во много раз.

Будущее автономных и беспилотных транспортных средств

Примерно 93% всех автомобильных аварий происходят из-за человеческой ошибки. Хотя большая часть общества сопротивляется идее беспилотных автомобилей, простой факт в том, что они уже безопаснее, чем водители-люди.Беспилотные автомобили, когда они полностью протестированы и построены, могут революционизировать нашу туристическую инфраструктуру.

Пройдет еще какое-то время, прежде чем мы увидим, что уровень 5 автономия будет реализован в автомобилях на дороге, но пока уровень 2 становится обычным явлением в современных автомобилях. Следующие уровни скоро будут на нас.

Если вы хотите увидеть некоторые из того, что мы обсуждали в этой статье, и многое другое в визуальной, анимированной, инфографической форме, взгляните на инфографику из The Simple Dollar ниже.

Источник: The Simple Dollar

PPT - Асинхронный двигатель (асинхронный двигатель) Презентация PowerPoint | бесплатно для просмотра

PowerShow.com - ведущий веб-сайт для обмена презентациями и слайд-шоу. Независимо от того, является ли ваше приложение бизнесом, практическими рекомендациями, образованием, медициной, школой, церковью, продажами, маркетингом, онлайн-обучением или просто для развлечения, PowerShow.com - отличный ресурс. И, что лучше всего, большинство его интересных функций бесплатны и просты в использовании.

Вы можете использовать PowerShow.com, чтобы найти и загрузить примеры онлайн-презентаций PowerPoint ppt практически на любую тему, которую вы можете вообразить, чтобы вы могли узнать, как улучшить свои собственные слайды и презентации бесплатно.Или используйте его, чтобы найти и загрузить высококачественные презентации PowerPoint ppt с практическими рекомендациями и иллюстрированными или анимированными слайдами, которые научат вас делать что-то новое, также бесплатно. Или используйте его для загрузки собственных слайдов PowerPoint, чтобы вы могли поделиться ими со своими учителями, классом, студентами, руководителями, сотрудниками, клиентами, потенциальными инвесторами или всем миром. Или используйте его для создания действительно крутых слайд-шоу из фотографий - с 2D- и 3D-переходами, анимацией и музыкой на ваш выбор - которыми вы можете поделиться со своими друзьями в Facebook или в кругах Google+.Это тоже бесплатно!

За небольшую плату вы можете получить лучшую в отрасли конфиденциальность в Интернете или публично продвигать свои презентации и слайд-шоу с высокими рейтингами. Но в остальном это бесплатно. Мы даже преобразуем ваши презентации и слайд-шоу в универсальный формат Flash со всей их оригинальной мультимедийной красотой, включая анимацию, эффекты перехода 2D и 3D, встроенную музыку или другой звук или даже видео, встроенное в слайды. Все бесплатно. Большинство презентаций и слайд-шоу на PowerShow.com можно бесплатно просматривать, многие даже можно бесплатно загрузить. (Вы можете выбрать, разрешить ли людям загружать ваши оригинальные презентации PowerPoint и слайд-шоу из фотографий за плату или бесплатно или вовсе.) Посетите PowerShow.com сегодня - БЕСПЛАТНО. Здесь действительно каждый найдет что-то для себя!

презентации бесплатно. Или используйте его, чтобы найти и загрузить высококачественные презентации PowerPoint ppt с практическими рекомендациями и иллюстрированными или анимированными слайдами, которые научат вас делать что-то новое, также бесплатно. Или используйте его для загрузки собственных слайдов PowerPoint, чтобы вы могли поделиться ими со своими учителями, классом, студентами, руководителями, сотрудниками, клиентами, потенциальными инвесторами или всем миром.Или используйте его для создания действительно крутых слайд-шоу из фотографий - с 2D- и 3D-переходами, анимацией и музыкой на ваш выбор - которыми вы можете поделиться со своими друзьями в Facebook или в кругах Google+. Это тоже бесплатно!

За небольшую плату вы можете получить лучшую в отрасли конфиденциальность в Интернете или публично продвигать свои презентации и слайд-шоу с высокими рейтингами. Но в остальном это бесплатно. Мы даже преобразуем ваши презентации и слайд-шоу в универсальный формат Flash со всей их оригинальной мультимедийной красотой, включая анимацию, эффекты перехода 2D и 3D, встроенную музыку или другой звук или даже видео, встроенное в слайды.Все бесплатно. Большинство презентаций и слайд-шоу на PowerShow.com можно бесплатно просматривать, многие даже можно бесплатно загрузить. (Вы можете выбрать, разрешить ли людям загружать ваши оригинальные презентации PowerPoint и слайд-шоу из фотографий за плату или бесплатно или вовсе.) Посетите PowerShow.com сегодня - БЕСПЛАТНО. Здесь действительно каждый найдет что-то для себя!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *