А. Герасимов - Домашнее приготовление фруктовых и ягодных соков...(Сделай сам №3•2005)

По обмотке статора, включенной в трехфазную цепь, протекает ток, создающий вращающее магнитное поле. Магнитные силовые линии вращающегося поля статора пересекают стержни обмотки ротора и индуктируют в них электродвижущую силу (ЭДС). Под действием этой ЭДС в замкнутых накоротко стержнях ротора протекает ток. Вокруг стержней возникают магнитные потоки, создающие общее магнитное поле ротора, которое, взаимодействуя с вращающим магнитным полем статора, создает усилие, заставляющее ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля статора. Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Этот показатель характеризуется скольжением S и находится для большинства двигателей в пределах от 2 до 10 %.

В промышленных установках наиболее часто используются трехфазные асинхронные электродвигатели, которые выпускают в виде унифицированных серий. К ним относится единая серия 4А с диапазоном номинальной мощности от 0,06 до 400 кВт, машины которой отличаются большой надежностью, хорошими эксплуатационными качествами и соответствуют уровню мировых стандартов.

Автономные асинхронные генераторы — трехфазные машины, преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока. Их несомненным достоинством перед другими видами генераторов являются отсутствие коллекторно-щеточного механизма и, как следствие этого, большая долговечность и надежность. Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторов С, то в обмотках статора потечет опережающий емкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим. Емкость батареи С должна превышать некоторое критическое значение С 0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках статора устанавливается трехфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит в конечном счете от характеристики машины и емкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор (рис. 1).

Рис. 1. Стандартная схема включения асинхронного двигателя в качестве генератора

Можно подобрать емкость так, чтобы номинальное напряжение и мощность асинхронного генератора равнялись соответственно напряжению и мощности при работе его в качестве электродвигателя.

В таблице 1 приведены емкости конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (380 В, 750-1500 об/мин).

Здесь реактивная мощность Q определена по формуле:

Q= 0,314∙ U 2∙ С∙10 6, где С— емкость конденсаторов, мкФ .

Как видно из приведенных данных, индуктивная нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребной емкости. Для поддержания напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и емкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного генератора.

Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2-10 %, и соответствовать синхронной частоте. Невыполнение данного условия приведет к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведет к неустойчивой работе частотозависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом. Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя.

В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя-генератора определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоемкими из них являются:

• бытовые сварочные трансформаторы;

• электропилы, электрофуганки, зернодробилки (мощность 0,3–3 кВт);

• электропечи типа «Россиянка», «Мечта» мощностью до 2 кВт;

• электроутюги (мощность 850-1000 Вт).

Особо хочу остановиться на эксплуатации бытовых сварочных трансформаторов. Их подключение к автономному источнику электроэнергии наиболее желательно, так как при работе от промышленной сети они создают целый ряд неудобств для других потребителей электроэнергии. Если бытовой сварочный трансформатор рассчитан на работу с электродами диаметром 2–3 мм, то его полная мощность составляет примерно 4–6 кВт, мощность асинхронного генератора для его питания должна быть в пределах 5–7 кВт. Если бытовой сварочный трансформатор допускает работу с электродами диаметром 4 мм, то в самом тяжелом режиме — «резки» металла потребляемая им полная мощность может достигать 10–12 кВт, соответственно мощность асинхронного генератора должна находиться в пределах 11–13 кВт.

В качестве трехфазной батареи конденсаторов хорошо использовать так называемые компенсаторы реактивной мощности, предназначенные для улучшения cos φ в промышленных осветительных сетях. Их типовое обозначение: КМ1-0,22-4,5-ЗУЗ или КМ2-0,22-9ЗУЗ, которое расшифровывается следующим образом. КМ — косинусные конденсаторы с пропиткой минеральным маслом, первая цифра-габарит (1 или 2), затем напряжение (0,22 кВ), мощность (4,5 или 9 квт), затем цифра 3 или 2 означает трехфазное или однофазное исполнение, УЗ (умеренный климат третьей категории).

В случае самостоятельного изготовления батареи, следует использовать конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К-42-4 и др. на рабочее напряжение не менее 600 В. Электролитические конденсаторы применять нельзя.

Рассмотренный выше вариант подключения трехфазного электродвигателя в качестве генератора можно считать классическим, но не единственным. Существуют и другие способы, которые также хорошо зарекомендовали себя на практике. Например, когда батарея конденсаторов подключается к одной или двум обмоткам электродвигателя-генератора (рис 2). Такую схему следует использовать тогда, когда нет необходимости в получении трехфазного напряжения.