Domácí generátor z asynchronního motoru.
V elektrotechnice existuje takzvaný princip reverzibility: každé zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou, může vykonávat i opačnou práci. Je založen na principu činnosti elektrických generátorů, jejichž rotace rotorů způsobuje výskyt elektrického proudu ve vinutí statoru.
Teoreticky je možné převést a použít jako generátor jakýkoli asynchronní motor, k tomu je však nutné za prvé pochopit fyzikální princip a za druhé vytvořit podmínky, které tuto transformaci zajistí.
Rotační magnetické pole je základem obvodu generátoru vyrobeného z asynchronního motoru
V elektrickém stroji, původně vytvořeném jako generátor, jsou dvě aktivní vinutí: budicí vinutí, umístěné na kotvě, a vinutí statoru, ve kterém vzniká elektrický proud. Princip jeho činnosti je založen na účinku elektromagnetické indukce: rotující magnetické pole generuje ve vinutí elektrický proud, který je pod jeho vlivem.
Magnetické pole vzniká ve vinutí kotvy z napětí obvykle dodávaného z baterie a jeho rotaci zajišťuje jakýkoli fyzický přístroj, i vaše osobní svalová síla.
Konstrukce elektromotoru s rotorem nakrátko (to je 90 procent všech výkonných elektrických strojů) nepočítá s možností přivádět napájecí napětí do vinutí kotvy. [attention type=yellow]Nezáleží na tom, jak moc otáčíte hřídelí motoru, na jeho napájecích svorkách se tedy neobjeví elektrický proud. [/attention]Ti, kdo chtějí přeměnit asynchronní motor na generátor, si musí vytvořit točivé magnetické pole sami.
Vytváříme předpoklady pro přepracování
Motory pracující na střídavý proud se nazývají asynchronní. Je to proto, že rotující magnetické pole statoru je mírně před rychlostí otáčení rotoru, zdá se, že jej táhne spolu s ním.
Stejným principem reverzibility dojdeme k závěru, že aby se začal generovat elektrický proud, musí rotující magnetické pole statoru zaostávat za rotorem nebo být dokonce v opačném směru. Existují dva způsoby, jak vytvořit rotující magnetické pole, které se zpožďuje nebo je opačné k rotaci rotoru.
Zpomalte to reaktivní zátěží. K tomu je potřeba zařadit např. výkonnou kondenzátorovou banku do silového obvodu elektromotoru pracujícího v normálním režimu (nikoli generování). Je schopen akumulovat reaktivní složku elektrického proudu – magnetickou energii. Tuto vlastnost v poslední době hojně využívají ti, kteří chtějí ušetřit kilowatthodiny.
[attention type=red]Abych byl přesný, k žádné skutečné úspoře energie nedochází, spotřebitel prostě elektroměr trochu podvádí na právním základě. [/pozor]Náboj nahromaděný kondenzátorovou bankou je v protifázi s nábojem vytvářeným napájecím napětím a „zpomaluje“ jej. V důsledku toho začne elektromotor generovat proud a posílat jej zpět do sítě.
Pro současné připojení spotřebičů elektřiny ke třem fázím se používá speciální elektromechanické zařízení – magnetický startér, jehož vlastnosti správné instalace si můžete přečíst zde.[/blockquote_gray]
V praxi se tento efekt využívá u elektromobilů. Jakmile jede elektrická lokomotiva, tramvaj nebo trolejbus z kopce, připojí se k silovému obvodu trakčního motoru kondenzátorová baterie a elektrická energie se uvolní do sítě (nevěřte těm, kteří tvrdí, že elektrická doprava je drahá, poskytuje téměř 25 procent vlastní energie).
[attention type=green]Tento způsob výroby elektrické energie není čistou výrobou. Chcete-li přepnout chod asynchronního motoru do režimu generátoru, musíte použít metodu samobuzení.[/attention]Samobuzení asynchronního motoru a jeho přechod do generačního režimu může nastat v důsledku přítomnosti zbytkového magnetického pole v kotvě (rotoru). Je velmi malý, ale může generovat EMF, který nabíjí kondenzátor. Poté, co dojde k samobuzení, je kondenzátorová banka nabuzena generovaným elektrickým proudem a proces výroby se stává kontinuálním.
Tajemství výroby generátoru z asynchronního motoru
Chcete-li změnit elektromotor na generátor, musíte použít nepolární kondenzátorové baterie. K tomu nejsou vhodné elektrolytické kondenzátory. U třífázových motorů jsou kondenzátory zapojeny do hvězdy nebo trojúhelníku. Hvězdicové zapojení umožňuje generování začít při nižších otáčkách rotoru, ale výstupní napětí bude o něco nižší než u zapojení do trojúhelníku.
Generátor můžete vyrobit i z jednofázového asynchronního motoru. K tomu jsou ale vhodné pouze ty, které mají rotor s klecí nakrátko a ke spouštění se používá kondenzátor s fázovým posunem. Komutátorové jednofázové motory nejsou vhodné pro přestavbu na generátor.
V domácích podmínkách není možné vypočítat požadovanou kapacitu kondenzátorové banky. [attention type=yellow]Proto by měl domácí mistr vycházet z jednoduché úvahy: celková hmotnost kondenzátorové banky by se měla rovnat nebo mírně převyšovat hmotnost samotného elektromotoru. [/attention]V praxi to vede k tomu, že je téměř nemožné vytvořit dostatečně výkonný asynchronní generátor, protože čím nižší jsou jmenovité otáčky motoru, tím více váží.
Hodnotíme úroveň efektivity – je to ziskové?
Jak vidíte, dostat elektromotor pro generování proudu je možné nejen v teoretických spekulacích. Nyní musíme zjistit, jak oprávněné jsou snahy o „změnu pohlaví“ elektrického stroje.
V mnoha teoretických publikacích je hlavní výhodou asynchronních generátorů jejich jednoduchost. Upřímně, je to podvod. Konstrukce motoru není o nic jednodušší než konstrukce synchronního generátoru. Asynchronní generátor samozřejmě nemá elektrický budicí obvod, ale nahrazuje jej kondenzátorová banka, která je sama o sobě složitým technickým zařízením.
Kondenzátory ale není třeba udržovat a energii dostávají jakoby nic – nejprve ze zbytkového magnetického pole rotoru a poté z generovaného elektrického proudu. To je hlavní a prakticky jediná výhoda strojů s asynchronním generátorem – nevyžadují údržbu. [attention type=green]Takové zdroje elektrické energie se využívají v domácích autonomních elektrárnách poháněných silou větru nebo padající vody.[/attention]
Další výhodou takových elektrických strojů je, že proud, který generují, je téměř bez vyšších harmonických. Tento efekt se nazývá „jasný faktor“. Pro lidi, kteří jsou daleko od teorie elektrotechniky, to lze vysvětlit takto: čím nižší je jasný faktor, tím méně elektřiny se plýtvá na zbytečné topení, magnetická pole a další elektrické „ostudy“.
U generátorů vyrobených z třífázového asynchronního motoru se jasný faktor obvykle pohybuje do 2 %, když tradiční synchronní stroje vyprodukují alespoň 15. Nicméně s přihlédnutím k jasnému faktoru v domácích podmínkách, kdy jsou napojeny různé typy elektrických spotřebičů sítě (pračky mají velkou indukční zátěž), je prakticky nemožné.
Všechny ostatní vlastnosti asynchronních generátorů jsou negativní. Mezi ně patří např. praktická nemožnost zajištění jmenovité průmyslové frekvence generovaného proudu. Proto jsou téměř vždy spojeny s usměrňovacími zařízeními a používány k nabíjení baterií.
Kromě toho jsou takové elektrické stroje velmi citlivé na změny zatížení. Pokud tradiční generátory používají k buzení baterii, která má velkou zásobu elektrické energie, pak si sama kondenzátorová baterie odebírá část energie z generovaného proudu.
Pokud zatížení domácího generátoru z asynchronního motoru překročí jmenovitou hodnotu, nebude mít dostatek elektřiny k dobití a výroba se zastaví. Někdy se používají kapacitní baterie, jejichž objem se dynamicky mění v závislosti na zátěži. [attention type=red]Výhoda „jednoduchosti obvodu“ se však zcela ztrácí.[/attention]
Nestabilita frekvence generovaného proudu, jejíž změny jsou téměř vždy náhodné povahy, nelze vědecky vysvětlit, a proto je nelze vzít v úvahu a kompenzovat, předurčila nízkou prevalenci asynchronních generátorů v každodenním životě a národním hospodářství. .