Как сделать самому генератор на 220 вольт

Для питания бытовых устройств и промышленного оборудования необходим источник электроэнергии. Выработать электрический ток возможно несколькими способами. Но наиболее перспективным и экономически выгодным, на сегодняшний день, является генерация тока электрическими машинами. Самым простым в изготовлении, дешёвым и надёжным в эксплуатации оказался асинхронный генератор, вырабатывающий львиную долю потребляемой нами электроэнергии.

Применение электрических машин этого типа продиктовано их преимуществами. Асинхронные электрогенераторы, в отличие от синхронных генераторов, обеспечивают:

• более высокую степень надёжности;
• длительный срок эксплуатации;
• экономичность;
• минимальные затраты на обслуживание.

Эти и другие свойства асинхронных генераторов заложены в их конструкции.

Устройство и принцип работы

Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке 1 ротор расположен справа, а статор слева. Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки. На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.

Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.

Рис. 1. Ротор и статор асинхронного генератора

Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.

Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым (см. рис. 2).

Рис. 2. Асинхронный генератор в сборе

Принцип действия

По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.

В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.

При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.

Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.

На рисунке 3 изображена схема сварочного асинхронного альтернатора с конденсаторным возбуждением (левая часть схемы). Обратите внимание на то, что конденсаторы возбуждения подключены по схеме треугольника. Правая часть рисунка – собственно схема самого инверторного сварочного аппарата.

Рис. 3. Схема сварочного асинхронного генератора

Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема устройства с индуктивностями

Отличие от синхронного генератора

Главное отличие синхронного альтернатора от асинхронного генератора в конструкции ротора. В синхронной машине ротор состоит из проволочных обмоток. Для создания магнитной индукции используется автономный источник питания (часто дополнительный маломощный генератор постоянного тока, расположенный на одной оси с ротором).

Преимущество синхронного генератора в том, что он генерирует более качественный ток и легко синхронизируется с другими альтернаторами подобного типа. Однако синхронные альтернаторы более чувствительны к перегрузкам и КЗ. Они дороже от своих асинхронных собратьев и требовательнее в обслуживании – необходимо следить за состоянием щёток.

Коэффициент гармоник или клирфактор асинхронных генераторов ниже, чем у синхронных альтернаторов. То есть они вырабатывают практически чистую электроэнергию. На таких токах устойчивее работают:

• ИБП;
• регулируемые зарядные устройства;
• современные телевизионные приёмники.

Асинхронные генераторы обеспечивают уверенный запуск электромоторов, требующих больших пусковых токов. По этому показателю они, фактически, не уступают синхронным машинам. У них меньше реактивных нагрузок, что положительно сказывается на тепловом режиме, так как меньше энергии расходуется на реактивную мощность. У асинхронного альтернатора лучшая стабильность выходной частоты на разных скоростях вращения ротора.

Классификация

Генераторы короткозамкнутого типа получили наибольшее распространение, ввиду простоты их конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: альтернаторы с фазным ротором и устройства, с применением постоянных магнитов, образующих цепь возбуждения.

На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, а справа – асинхронная машина на базе АД с фазным ротором. Даже при беглом взгляде на схематические изображения видно усложнённую конструкцию фазного ротора. Привлекает внимание наличие контактных колец (4) и механизма щёткодержателей (5). Цифрой 3 обозначены пазы для проволочной обмотки, на которую необходимо подать ток для её возбуждения.

Рис. 5. Типы асинхронных генераторов

Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество генерируемого электрического тока, однако при этом теряются такие достоинства как простота и надёжность. Поэтому такие устройства используются в качестве источника автономного питания только в тех сферах, где без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах применяют в основном для производства маломощных генераторов.

Область применения

Наиболее часто встречается применение генераторных установок с короткозамкнутым ротором. Они недорогие, практически не нуждаются в обслуживании. Устройства, оборудованные пусковыми конденсаторами, обладают приличными показателями КПД.

Асинхронные альтернаторы часто используют в качестве автономного или резервного источника питания. С ними работают переносные бензиновые генераторы, их используют для мощных мобильных и стационарных дизельных генераторов.

Альтернаторы с трёхфазной обмоткой уверенно запускают трехфазный электродвигатель, поэтому часто используются в промышленных энергоустановках. Они также могут питать оборудование в однофазных сетях. Двухфазный режим позволяет экономить топливо ДВС, так как незадействованные обмотки находятся в режиме холостого хода.

Сфера применения довольно обширная:

• транспортная промышленность;
• сельское хозяйство;
• бытовая сфера;
• медицинские учреждения;

Асинхронные альтернаторы удобны для сооружения локальных ветровых и гидравлических электростанций.

Асинхронный генератор своими руками

Оговоримся сразу: речь пойдёт не об изготовлении генератора с нуля, а о переделывании асинхронного двигателя в альтернатор. Некоторые умельцы используют готовый статор от мотора и экспериментируют с ротором. Идея состоит в том, чтобы с помощью неодимовых магнитов сделать полюса ротора. Примерно так может выглядеть заготовка с наклеенными магнитиками (см. рис. 6):

Рис. 6. Заготовка с наклеенными магнитами

Вы наклеиваете магниты на специально выточенную заготовку, посаженную на валу электродвигателя, соблюдая их полярность и угол сдвига. Для этого потребуется не менее 128 магнитиков.

Готовую конструкцию необходимо подогнать к статору и при этом обеспечить минимальный зазор между зубцами и магнитными полюсами изготовленного ротора. Поскольку магнитики плоские, придётся их шлифовать или обтачивать, при этом постоянно охлаждая конструкцию, так как неодим теряет свои магнитные свойства при высокой температуре. Если вы сделаете всё правильно – генератор заработает.

Проблема состоит в том, что в кустарных условиях очень сложно изготовить идеальный ротор. Но если у вас есть токарный станок и вы готовы потратить несколько недель на подгонку и доработки – можете поэкспериментировать.

Я предлагаю более практичный вариант – превращение асинхронного двигателя в генератор (смотрите видео ниже). Для этого вам понадобится электромотор с подходящей мощностью и приемлемой частотой вращения ротора. Мощность двигателя должна быть минимум на 50% выше от требуемой мощности альтернатора. Если такой электромотор есть в вашем распоряжении – приступайте к переработке. В противном случае лучше купить готовый генератор.

Для переработки вам потребуется 3 конденсатора марки КБГ-МН, МБГО, МБГТ (можно брать другие марки, но не электролитические). Конденсаторы подбирайте на напряжение не менее 600 В (для трёхфазного двигателя). Реактивная мощность генератора Q связанная с емкостью конденсатора следующей зависимостью: Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6 .

При увеличении нагрузки возрастает реактивная мощность, а значит, для поддержания стабильного напряжения U необходимо увеличивать ёмкость конденсаторов, добавляя новые ёмкости путём коммутации.

Видео: делаем асинхронный генератор из однофазного двигателя – Часть 1

Пользу от собственного бензогенератора искать нет надобности, она лежит на поверхности.

Владельцы гаражей, дачных участков, частных домов (при условии, что эти объекты имеют ненадежное энергообеспечение, или не электрифицированы вовсе) давно оценили преимущества резервного электропитания.

Даже если вы живете в коттеджном поселке с нормальным подводом электричества, возможны аварийные ситуации. Пропадание энергии на продолжительное время приведет к порче продуктов в холодильнике летом, и нарушениям в работе отопительного котла зимой.

Поэтому многие домовладельцы приобретают промышленные генераторы, стоимость которых не назовешь экономной.

Еще одно направление для мобильных электростанций – туризм, экспедиции и выполнение работ с помощью электроинструмента в автономном режиме.

Этот полезный прибор не относится к слишком сложным устройствам, поэтому бензогенератор вполне можно собрать своими руками, в том числе и на 220 в.

Разумеется, главная причина такого решения – стремление экономить. Если вы будете приобретать компоненты для мобильной электростанции в магазине – затраты на детали превысят экономию на сборке.

Поэтому, рентабельным самодельный бензогенератор станет, лишь при наличии условно бесплатных компонентов.

Самыми дорогими запчастями являются: привод (бензиновый двигатель) и электромотор, который выступит в роли генератора. Именно их необходимо подобрать из имеющегося в запасниках «хлама».

Какую силовую установку можно подобрать для генератора?

Прежде всего – мощность. В мобильных энергоустановках применяется следующее соотношение: на каждый киловатт вырабатываемой электроэнергии (не в пиковом, а в штатном режиме) подается 2-3 л/с двигателя.

Как правило, бензогенераторы разрабатываются в комплексе, то есть под определенный мотор разрабатывается генерирующий элемент. Для самодельной установки следует выбирать коэффициент 2-4 л/с на 1 киловатт энергии. В противном случае, при полной нагрузке двигатель быстро выйдет из строя.

На практике, собирая электростанцию «из того, что было», домашние мастера зачастую устанавливают пару мотор/генератор без предварительного расчета. Порой встречаются варианты «сращивания» достаточно мощного двигателя, по случаю купленного за бутылку самогона у знакомого прапорщика, с моторчиком от швейной машинки. И наоборот.

Рекомендуется собрать максимально много технической информации о компонентах, прежде чем рассчитывать их совместимость.

Двигатель от бензопилы или триммера

Неприхотливый механизм, очень простой в обслуживании. Как правило, двухтактный.

В такой схеме есть как преимущества, так и недостатки. С одной стороны вас не беспокоит вопрос, какое масло заливать в бензогенератор (оно добавляется в бензин, как на старых мопедах). Техническое обслуживание фактически отсутствует, как класс.

С другой стороны – высокий расход топлива и резкий запах из глушителя. Отвод выхлопных газов от бензогенератора обязателен, особенно если он расположен возле жилища.

Мощность не превышает нескольких л/с, соответственно генератора хватит для освещения, поддержания работоспособности насоса котла отопления и зарядки для мобильника. При малой нагрузке может проработать пару часов.

Мотор от колесной газонокосилки

Такие агрегаты у нас не очень распространены, однако подходящий экземпляр мотора от сломанного агрегата найти можно.

Мощность достигает 3-5 л/с, это уже заявка на полноценное питание для дачного домика. Можно даже небольшой холодильник включить. Попадаются четырехтактные модели. Это позволяет сэкономить топливо, получит более экологичный выхлоп, да и шума от таких моторов меньше. Обслуживание более сложное, однако, этот факт нивелирует высокая надежность, и возможность работать 4-6 часов под нагрузкой.

Двигатель от мопеда (мотоцикла)

Мопедный мотор подойдет для генераторов средней мощности. В зависимости от модели, можно снять мощность 2-3 кВт.

Двигатель от мотоцикла (типа «Ява» или «ИЖ») – это вообще находка для генератора.

Мощность более 25 л/с позволяет смело подключать генерирующую установку 5 кВт. Это полноценный источник питания для частного дома. Если использовать еще и коробку передач, вы получите относительно экономичную установку. Обкатка генератора позволит выяснить, на какой скорости вырабатывается мощность с эффективной нагрузкой.

Главное достоинство таких моторов – простота обслуживания и возможность работать продолжительное время. Пожалуй, самый доступный (в плане поиска) вариант.

Автомобильный мотор

Пусть это не покажется слишком амбициозной идеей. Найти на авторынке двигатель от «Москвича» или «Запорожца» не составит труда. Стоимость копеечная, можно купить сразу два, на запчасти.

Ремонтируются такие агрегаты изолентой и пассатижами. Если уважаемый читатель иного мнения – для вас данный материал не руководство к действию, а просто интересная информация.

Переделка такого мотора в привод для бензогенератора своими руками, не представляет сложности. Установить на прочный фундамент, вывести педаль газа и сцепления на ручной привод, и можно использовать даже коробку передач.

Главное преимущество – фактически неограниченный период работы. Охлаждение мотора от ЗАЗ воздушное, он сам себя обдувает. Вам не придется даже подключать электростартер для бензогенератора своими руками, мотор просто заводится ключом от штатной системы запуска.

Мощность 30-40 л/с позволяет собрать генератор 10 кВт. Правда это будет скорее стационарный, чем мобильный вариант.

Как сделать бензогенератор, имея готовую силовую установку?

Ответ лежит на поверхности – подключить генератор к бензиновому мотору. Где его взять? Любой электромотор, при правильной организации системы возбуждения обмоток, становится генератором.

Есть два направления создания самодельных генераторов:

Генератор постоянного тока

Он получает крутящий момент от двигателя вашей машины, и вырабатывает напряжение постоянного тока 14 вольт.

Ничего не надо изобретать. Достаточно посмотреть мощностные характеристики, и подобрать небольшой двигатель из перечисленных выше.

Главное условие – исправный регулятор напряжения и желательно «живые» обмотки. Впрочем, если вам достался сгоревший экземпляр – не беда. Как снять якорь с электроустановки бензогенератора, знает любой радиолюбитель.

Перемотать обмотку можно за один вечер. В принципе, если вы самостоятельно сможете собрать мини электростанцию, можно садиться писать книгу: «Неисправности бензогенератора и способы их устранения». Это крайне полезный опыт.

Поломка источника электроэнергии в чистом поле – это проблема. А знакомый с устройством «Кулибин», сможет восстановить работу без вызова мастера.

Единственный недостаток, правда, существенный – напряжение 12-14 вольт. Освещение, зарядка мобильных устройств, подключение музыки и компьютера – без проблем. Но для дома необходимо 220 вольт. Выручит преобразователь напряжения, например, от старого бесперебойника.

Двигатель переменного тока

Тут ситуация сложнее (правда и дешевле, нет необходимости искать преобразователь). Любой электромотор можно сделать генератором, подключив его к приводу.

Есть нюансы. Для возбуждения обмоток в режиме генератора, необходима конденсаторная схема (см. рисунок) и точный подбор оборотов.

Если вы дочитали до этого места – нет смысла объяснять, как из 3-х фазного источника 380В получить одну фазу 220В. Это тема отдельной статьи.

Для измерения оборотов потребуется тахометр. Вы подключаете мотор к сети, и замеряете скорость вращения. Добавляете к полученным оборотам 5%-10%, и получаете оптимальную скорость вращения вала для возбуждения обмоток генератора.

Самодельный бензогенератор на 220 вольт из движка от ГАЗ 21 и генератора переменного тока на 15 кВт – видео

Вывод:

Собрать автономный источник энергии возможно. И при определенном старании – практически бесплатно.

В этой статье вы узнаете как своими руками сделать генератор на 220 В с использованием 2-х тактного двигателя. Данный генератор можно использовать для различных целей, дома для освещения и подключения не больших нагрузок, на природе, для освещения палатки или найти другое применение. Он обладает не большими габаритами, а используемые детали не очень дефицитные.

Собираем необходимые компоненты, инструменты

Данный агрегат состоит из следующих деталей:

• Двигатель от мотокосы;
• Двигатель постоянного тока – 12-24V;

Из инструментов нам понадобятся:

• Дрель или шуруповерт + сверла и крестовая насадка под саморезы;
• Циркульная пила или лобзик (для любителей ручного труда подойдет ножовка);
• Вольтметр;
• Отвертки, пассатижи, малярный нож или ножницы;
• Угольник, рулетка.

Принцип действия динамо-генератора

Основа нашего генератора – двигатель постоянного тока, который способен работать в режиме генератора за счет превращения механической энергии в электрическую посредством явления электромагнитной индукции. Вращение якоря в магнитном поле первичной обмотки двигателя постоянного тока обеспечивает двигатель от мотокосы. При вращении в двигателе постоянного тока в режиме генератора образуется переменная ЭДС, которая через щеточный коллектор преобразуется в постоянное напряжение.

Приступаем к сборке агрегата

Этап первый: закрепляем двигатель от мотокосы

Для начала берем отрезок доски и обрезаем ее предварительно по размеру нашей станины. Желательно брать увесистый материал, чтобы наше оборудование имело прочную и надежную основу.

Размечаем положение двигателя от мотокосы. С помощью шаблона из бумаги размечаем точно отверстия, засверливая их дрелью или шуруповертом.

Примеряем оба двигателя на станине. Отсоединяем топливный бачок, и на посадочные места закрепляем двигатель от мотокосы.

Этап второй: крепим движок постоянного тока

Размечаем положение движка. Расстояние от обеих валов двигателей должно быть несколько сантиметров, чтобы избежать трения между ними.

Центруем валы наших движков. Расхождение по центрам проще всего откорректировать какими-либо прокладками, или же попросту подправить посадочное место на деревянной станине. Сделать это можно обычной стамеской. Чем меньше будет люфт между валами, тем меньше будет вибрация от агрегата и износ движущей части.

Размечаем патрубки. Чаще всего валы двигателей различаются по размеру диаметров. Это также поправимо, если в качестве соединительных патрубков использовать ПВХ шланги разных диаметров. Их гибкость поможет сгладить мельчайшую неточность в оцентровке валов. В нашем случае автор использовал два шланга разного диаметра, вставив один в другой.

Отрезав патрубки нужной нам длины, насаживаем с обеих сторон три хомута, поджимая их отверткой.

Закрепляем двигатель постоянного тока на саморезы, проложив их предварительно шайбами. Валы соединяем от руки и поджимаем хомуты отверткой.

Теперь можно закрепить и топливный бачок. Справиться с этой задачей не сложно, используя длинный саморез и обрезанный колпак от дюбель-гвоздя. Не забываем подсоединить топливные трубки.

Заведя топливный двигатель стартером, измеряем напряжение на выходе вольтметром. Отверткой регулируем подачу топлива, и количество оборотов, от которого и зависит напряжение. Ориентируясь по номиналу инвертора, выставляем выходящее напряжение с небольшим запасом.

Этап третий: подключаем инвертор

Зачищенные предварительно концы кабелей от двигателя постоянного тока закрепляем на клеммах инвертора. Индикатор питания сразу покажет активность прибора.

Простой контролькой (лампочкой с отрезком кабеля и вилкой на конце) проверяем работу нашего чудо-генератора.

Для подключения электродвигателя к инвертору используем клеммы.

Этап четвертый: кнопка выключения двигателя

Поскольку ведущий у нас двигатель, создающий механическое вращение, ему необходим выключатель. Кнопка выключения идет в комплекте с устройством, поэтому ей необходимо лишь найти удобное место.

Этап пятый: делаем кожух-рамку

Изготавливаем защитную рамку из полипропиленовых труб диаметром 25-32мм, делая в станине отверстия перьевым сверлом.

На углах соединяем ее с помощью полипропиленовых фитингов.

Если нет сантехнического сварочного аппарата, конструкцию можно соединить на специализированный клей для ПП труб.

Такая рамка также поможет и в переноске устройства.

Ну, а для устранения шума от вибрации нашего устройства можно на тыльной стороне станины закрепить 4 подпятника, сделав их как показано на фото, из отрезков старой велосипедной камеры.

Этап шестой: пусковой аккумулятор

Чтобы лишний раз не дергать стартер топливного двигателя, автор видеоролика применил литий-полимерный аккумулятор (LiPo) для кратковременного запуска двигателя постоянного тока. Это сравнительное новое устройство действительно может быть мощным, и выдержать большое количество рабочих циклов при минимальной потере емкостной мощности. Таким образом топливный двигатель запускается электрическим, при этом его стартер остается как запасной вариант.

Подключаем выходящие контакты аккумулятора к клеммам инвертора через пусковой тумблер, обвязывая шлейф из проводов нейлоновыми стяжками. Гнездо для зарядки можно вывести сбоку, чтобы удобно было его подключать для зарядки.

Также закрепляем и кнопку отключения топливного двигателя

Этап седьмой: пробный запуск агрегата

Проверив все контактные группы и крепеж сборных элементов, запускаем агрегат. Кнопки запуска и отключения двигателей должны работать безупречно. Стоит отметить, что пусковой аккумулятор используется всего на несколько секунд, а затем отключается.

Советы по эксплуатации

Для продолжительной и безопасной работы двигателя постоянного тока и инвертора никаких особых условий не требуется, кроме разве что защиты от влаги и скачков напряжения.

Что касается литий-полимерного аккумулятора, то его недопустимо глубоко разряжать (менее 3,3 В) и ни в коем случае не допускать перегрева выше 60 градусов цельсия. Зарядка таких устройств также производится специализированными устройствами, не допускающими перезаряда, а перед использованием на холоде обязательно прогреть при комнатной температуре.

Топливные двигатели также нуждаются в соблюдении правил эксплуатации: правильном подборе горючей смеси, очистке воздушных и топливных фильтров, недопущении перегрева двигателя и т.д. В закрытом помещении выхлопным газам от такого двигателя необходимо обеспечить вентиляцию.

А в остальном, такое оборудование, собранное своими руками, сможет прослужить длительное время, снабжая драгоценным электричеством на даче, рыбалке или просто на отдыхе за городом!

Смотрите видео