Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Шаговые двигатели

Одним из наиболее эффективных вариантов небольшого самодельного ветроэлектрогенератора является использование шагового двигателя (ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) — в таком моторе вращение вала состоит из небольших шагов. Обмотки шагового двигателя объединены в фазы.

При подаче тока в одну из фаз происходит перемещение вала на один шаг.
Эти двигатели являются низкооборотными и генератор с таким двигателем может быть без редуктора подключен к ветряной турбине, двигателю Стирлинга или другому низкооборотному источнику мощности.

При использовании в качестве генератора обычного (коллекторного) двигателя постоянного тока для достижения таких же результатов потребовалась бы в 10-15 раз более высокая частота вращения.

Особенностью шаговика является достаточно высокий момент трогания (даже без подключенной к генератору электрической нагрузки), достигающий 40 грамм силы на сантиметр.

Коэффициент полезного действия генератора с ШД достигает 40 %.

Для проверки работоспособности шагового двигателя можно подключить, например, красный светодиод. Вращая вал двигателя, можно наблюдать свечение светодиода. Полярность подключения светодиода не имеет значения, так как двигатель вырабатывает переменный ток.

Кладезем таких достаточно мощных двигателей являются пятидюймовые дисководы гибких дисков, а также старые принтеры и сканеры.

Двигатель 1

Например, я располагаю ШД из старого 5.25″ дисковода, работавшего еще в составе ZX Spectrum — совместимого компьютера «Байт».

Такой дисковод содержит две обмотки, от концов и середины которых сделаны выводы — итого из двигателя выведено шесть проводов:Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками
первая обмотка (англ. coil 1) — синий (англ. blue) и желтый (англ. yellow);
вторая обмотка (англ. coil 2) — красный (англ. red) и белый (англ. white);коричневые (англ. brown) провода — выводы от средних точек каждой обмотки (англ. center taps).

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими рукамиразобранный шаговый мотор

Слева виден ротор двигателя, на котором видны «полосатые» магнитные полюсы — северный и южный. Правее видна обмотка статора, состоящая из восьми катушек.
Сопротивление половины обмотки составляет ~ 70 Ом.

Я использовал этот двигатель в первоначальной конструкции моего ветрогенератора.

Двигатель 2

Находящийся в моем распоряжении менее мощный шаговый двигатель T1319635 фирмы Epoch Electronics Corp. из сканера HP Scanjet 2400 имеет пять выводов (униполярный мотор):Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками
первая обмотка (англ. coil 1) — оранжевый (англ. orange) и черный (англ. black);
вторая обмотка (англ. coil 2) — коричневый (англ. brown) и желтый (англ. yellow);красный (англ. red) провод — соединенные вместе выводы от средней точки каждой обмотки (англ. center taps).

  • Сопротивление половины обмотки составляет 58 Ом, которое указано на корпусе двигателя.
  • Двигатель 3
  • В улучшенном варианте ветрогенератора я использовал шаговый двигатель Robotron SPA 42/100-558, произведенный в ГДР и рассчитанный на напряжение 12 В:Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками
  • Ветротурбина
  • Возможны два варианта расположения оси крыльчатки (турбины) ветрогенератора — горизонтальное и вертикальное.
  • Преимуществом горизонтального (наиболее популярного) расположения оси, располагающейся по направлению ветра, является более эффективное использование энергии ветра, недостаток — усложнение конструкции.

Я выбрал вертикальное расположение оси — VAWT (vertical axis wind turbine), что существенно упрощает конструкцию и не требует ориентации по ветру. Такой вариант более пригоден для монтирования на крышу, он намного эффективнее в условиях быстрого и частого изменения направления ветра.

ветротурбина Савониуса

Я использовал тип ветротурбины, называемый ветротурбина Савониуса (англ.Savonius wind turbine). Она была изобретена в 1922 году Сигурдом Йоханнесом Савониусом (Sigurd Johannes Savonius) из Финляндии.Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими рукамиСигурд Йоханнес Савониус

Работа  ветротурбины Савониуса основана на том, что сопротивление (англ. drag) набегающему потоку воздуха — ветру вогнутой поверхности цилиндра (лопасти) больше, чем выпуклой.

Коэффициенты аэродинамического сопротивления (англ. drag coefficients) $C_D$Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками
двумерные тела:
вогнутая половина цилиндра (1) — 2,30
выпуклая половина цилиндра (2) — 1,20
плоская квадратная пластина — 1,17

трехмерные тела:

вогнутая полая полусфера (3) — 1,42
выпуклая полая полусфера (4) — 0,38
сфера — 0,5

Указанные значения приведены для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) в диапазоне $10^4 — 10^6$. Число Рейнольдса характеризует поведение тела в среде.

Сила сопротивления тела воздушному потоку ${F_D} = {{1 over 2} {C_D} S 
ho {v^2} } $, где $
ho$ — плотность воздуха, $v$ — скорость воздушного потока, $S$ — площадь сечения тела.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Подобный принцип работы используется в чашечном анемометре (англ. cup anemometer) — приборе для измерения скорости ветра:Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Такой анемометр был изобретен в 1846 году ирландским астрономом Джоном Томасом Ромни Робинсоном (John Thomas Romney Robinson):

Робинсон полагал, что чашки в его четырехчашечном анемометре перемещаются со скоростью, равной одной трети скорости ветра. В реальности это значение колеблется от двух до немногим более трех.

В настоящее время для измерения скорости ветра используются трехчашечные анемометры, разработанные канадским метеорологом Джоном Паттерсоном (John Patterson) в 1926 году:

Генераторы на коллекторных двигателях постоянного тока с вертикальной микротурбиной продаются на eBay по цене около $5:

Такая турбина содержит четыре лопасти, расположенные вдоль двух перпендикулярных осей, с диаметром крыльчатки 100 мм, высотой лопасти 60 мм, длиной хорды 30 мм и высотой сегмента 11 мм.

Крыльчатка насажена на вал коллекторного микродвигателя постоянного тока с маркировкой JQ24-125H670. Номинальное напряжение питания такого двигателя составляет 3 … 12 В.

Энергии, вырабатываемой таким генератором, хватает для свечения «белого» светодиода.

Скорость вращения ветротурбины Савониуса не может превышать скорость ветра, но при этом такая конструкция характеризуется высоким крутящим моментом (англ. torque).

Эффективность ветротурбины можно оценить, сравнив вырабатываемую ветрогенератором мощность с мощностью, заключенной в ветре, обдувающем турбину:
$P = {1over 2}
ho S {v^3}$ , где $
ho$ — плотность воздуха (около 1,225 кг/м3 на уровне моря), $S$ — ометаемая площадь турбины (англ. swept area), $v$ — скорость ветра.

  1. Моя ветротурбина
  2. Вариант 1
  3. Первоначально в крыльчатке моего генератора использованы четыре лопасти в виде сегментов (половинок) цилиндров, вырезанных из пластиковых труб:
    Размеры сегментов —
    длина сегмента — 14 см;
    высота сегмента — 2 см;
    длина хорды сегмента — 4 см;
  4. расстояние от начала сегмента до центра оси вращения — 3 см.
  5. Я установил собранную конструкцию на достаточно высокой (6 м 70 см) деревянной мачте из бруса, прикрепленную саморезами к металлическому каркасу:
  6. Вариант 2
  7. Недостатком генератора была достаточно высокая скорость ветра, требуемая для раскрутки лопастей. Для увеличения площади поверхности я использовал лопасти, вырезанные из пластиковых бутылок:
  8. Размеры сегментов —
    длина сегмента — 18 см;
    высота сегмента — 5 см;
    длина хорды сегмента — 7 см;
  9. расстояние от начала сегмента до центра оси вращения — 3 см.
  10. Вариант 3

Проблемой оказалась прочность держателей лопастей. Сначала я использовал перфорированные алюминиевые планки от советского детского конструктора толщиной 1 мм. Через несколько суток эксплуатации сильные порывы ветра привели к излому планок (1).

После этой неудачи я решил вырезать держатели лопастей из фольгированного текстолита (2) толщиной 1,8 мм:
Прочность текстолита на изгиб перпендикулярно пластине составляет 204 МПа и сравним с прочностью на изгиб алюминия — 275 МПа. Но модуль упругости алюминия  $E$ (70000 МПа) намного больше, чем у текстолита (10000 МПа), т.е. тексолит намного эластичнее алюминия.

Это, по моему мнению, с учетом большей толщины текстолитовых держателей, обеспечит гораздо большую надежность крепления лопастей ветрогенератора.
Ветрогенератор смонтирован на мачте:

  • Опытная эксплуатация нового варианта ветрогенератора показала его надежность даже при сильных порывах ветра.
  • ветротурбина Дарье

Недостатком турбины Савониуса является невысокая эффективность — только около 15 % энергии ветра преобразуется в энергию вращения вала (это намного меньше, чем может быть достигнуто с ветротурбиной Дарье (англ.

Darrieus wind turbine)), использующей подъемную силу (англ. lift). Этот вид ветротурбины был изобретен французским авиаконструктором Жоржем Дарье (Georges Jean Marie Darrieus) — патент США от 1931 года № 1,835,018.

Жорж Дарье
 

  1. Недостатком турбины Дарье является то, что у нее очень плохой самозапуск (для выработки крутящего момента от ветра турбины уже должна быть раскручена).
  2. Преобразование электроэнергии, вырабатываемой шаговым двигателем

Выводы шагового двигателя могут быть подключены к двум мостовым выпрямителям, собранным из диодов Шоттки для снижения падения напряжения на диодах.
Можно применить популярные диоды Шоттки 1N5817 с максимальным обратным напряжением 20 В, 1N5819 — 40 В и максимальным прямым средним выпрямленным током 1 А.

Я соединил выходы выпрямителей последовательно с целью увеличения выходного напряжения.
Также можно использовать два выпрямителя со средней точкой. Такой выпрямитель требует в два раза меньше диодов, но при этом и выходное напряжение снижается в два раза.
Затем пульсирующее напряжение сглаживается с помощью емкостного фильтра — конденсатора 1000 мкФ на 25 В.

  Для защиты от повышенного генерируемого напряжения параллельно конденсатору включен стабилитрон на 25 В.

схема моего ветрогенератораэлектронный блок моего ветрогенератора

  • Применение ветрогенератора
  • Вырабатываемое ветрогенератором напряжение зависит от величины и постоянства скорости ветра.

При ветре, колышущем тонкие ветви деревьев, напряжение достигает 2 … 3 В.

При ветре, колышущем толстые ветви деревьев, напряжение достигает 4 … 5 В (при сильных порывах — до 7 В).

  1. ПОДКЛЮЧЕНИЕ К JOULE THIEF
  2. Сглаженное напряжение с конденсатора ветрогенератора может подаваться на Joule Thief — низковольтный DC-DC преобразователь
  3. Значение сопротивления резистора R подбирается экспериментально (в зависимости от типа транзистора) — целесообразно использовать переменный резистор на 4,7 кОм и постепенно уменьшать его сопротивление, добиваясь стабильной работы преобразователя.
    Я собрал такой преобразователь на базе германиевого pnp-транзистора ГТ308В (VT) и импульсного трансформатора МИТ-4В (катушка L1 — выводы 2-3, L2 — выводы 5-6) :
  4. ЗАРЯД ИОНИСТОРОВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ)
Читайте также:  Двигатель ga16ds с большой расход бензина

Ионистор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.

Ионистор — неполярный элемент, но один из выводов может быть помечен «стрелкой» — для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе.

Для первоначальных исследований я использовал ионистор 5R5D11F22H емкостью 0,22 Ф на напряжение 5,5 В (диаметр 11,5 мм, высота 3,5 мм):
Я подключил его через диод к выходу Joule Thief через германиевый диод Д310.

  • Для ограничения максимального напряжения зарядки ионистора можно использовать стабилитрон или цепочку светодиодов — я использую цепочку из двух красных светодиодов:
  • Для предотвращения разряда уже заряженного ионистора через ограничительные светодиоды HL1 и HL2 я добавил еще один диод — VD2.
  • Продолжение следует

Ветрогенератор 200 Ватт своими руками

Сегодня альтернативная энергетика развивается быстрыми темпами. На рынке уже есть солнечные модули на любой вкус, но как правило они стоят очень дорого. Недавно мне попалась солнечная батарея на 12 вольт 0.5 киловатт, и совсем недурная цена ….

1000$. За пол киловатта заплатить 1000 долларов стоит или нет? Думаю стоит, но за 1000 долларов можно несколько лет за электроэнергию платить, одним словом пока что не выгодно.

Ветростанция — более разумное капиталовложение для получения электрической энергии.

И вот в связи с этим, у меня в голове возникла идея соорудить ветрогенератор малой мощности своими руками. Изначально, я хотел сделать ветростанцию на мощность в пол киловатта, но с отсутствием ресурсов было решено сделать ветрогенератор на 200 Ватт.

Поскольку у меня для ветряка было выделено мало финансовых ресурсов, то нужно было все делать самому. Готовые генераторы стоили немало денег, да и преобразователь еще и аккумуляторы…

С генератором мне повезло, на рынке, где продают старый хлам мне удалось за 20 долларов раздобыть двигатель постоянного тока на 24 вольт! И к моему счастью вал двигателя (ротор) вращался очень легко, мощность двигателя была 300 Ватт по паспортным данным.

Самое главное-  двигатель не нужно будет переделывать, готовый генератор уже есть!

Задача номер два — найти редуктор. Все мы знаем, для того, чтобы генератор вырабатывал большой ток, нужно, чтобы ротор вращался со скоростью не менее 1000 об/мин, для этого нам нужен редуктор.

По предварительным расчетам, пропеллер вращается со скоростью 60 об/мин, и за счет потери мощности нужно будет повышать число оборотов. Редуктор был снят с электродвигателя с редуктором, такие движки попадаются очень часто, мне друг подарил, двигатели такого типа делаются на небольшие мощности.

Ниже смотрите число оборотов (на выходе редуктора) для каждой марки подобного двигателя:
РД-09 1,75 об/мин.
РД-09 2,5 об/мин.
РД-09 4,4 об/мин.
РД-09 8,7 об/мин.
РД-09 15,5 об/мин.
РД-09 30 об/мин.
РД-09 76 об/мин.
РД-09 185 об/мин.
СД-54 2,24 об/мин.
СД-54 3,14 об/мин.
СД-54 5,59 об/мин.
СД-54 10,94 об/мин.

СД-54 19,59 об/мин.
СД-54 24 об/мин.
СД-54 38,4 об/мин.
СД-54 60 об/мин.
СД-54 96 об/мин.
Д-32 24 об/мин.
ДСМ-2-П-220
ДСМ-0,2-П-220
ДСМ-1/300-П-220

ДСОР-32-15-2

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Двигатель РД-09, передаточное отношение 1/75 то, что надо! Двигатель сразу же был разобран. Электрическая часть нам не нужна, берем только редуктор. Т.о.  у нас есть генератор с редуктором. Пока на этом остановимся и начнем делать электрическую часть ветроэлектростанции.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Генератор нам дает напряжение 24 вольта при оборотах не менее 2000 в минуту (для проверки, ротор генератора был подключен к ротору электромотора от пылесоса, мотор для экспериментов нужно дополнить регулятором оборотов). Нам нужно выжать от двигателя минимум 13 — 14 вольт для зарядки аккумулятора, у нас ветры постоянные и достаточно сильные, так что проблема сама собой была решена!

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Преобразователь — достаточно сложная часть конструкции, он нам нужен для повышения напряжения аккумулятора до переменного 220 вольт (сетевое напряжение) с частотой 50 — 60 герц. В интернете сегодня можно найти море схем таких преобразователей на любой вкус.

Сначала решил не мучатся и купить готовый, но цены не маленькие, непонятный преобразователь от непонятного производителя с мощностью 300 Ватт стоит порядка 40 $. И было решено еще один день посвятить сборке преобразователя.

Максимальная мощность устройства не велика — всего 200 ватт, но для малой самодельной станции вполне достаточно, от него можно питать несколько ламп дневного света, телевизор, зарядить мобильный телефон, ноутбук и так далее.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Схема была подобрана после долгих поисков. Данная схема развивает до 400 Ватт, сначала не верилось, но затем убедился в этом на собственном опыте. Схема высокого качества, транзисторы остаются холодными и даже при максимальной нагрузке на трансформатор, температура теплоотводов поднимается на 5 — 10 градусов.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Были использованы доступные детали и в целом для преобразователя было потрачено 10 долларов. Транзисторы — 3 доллара каждая ( 2 штуки ), микросхема — 1,5 доллар ( 1 штука ), резисторы конденсаторы — 3 доллара. Трансформатор намотан на Ш-образном сердечке из компьютерного блока питания.

С него сначала нужно снять все обмотки и мотать новые. Первичная обмотка намотана 6-ю жилами провода с диаметром 0.5 мм (каждая жила), и содержит 12 витков с отводом от середины. Обмотку удобно мотать жгутом.

Поверх первичной обмотки ставим изоляцию из конденсаторной бумаги и мотаем вторичную обмотку, ее мотаем в том же направлении, что и первичную. Вторичная обмотка содержит 140 витков провода с диаметром 0.7мм.
Полевые транзисторы типа IRL2505.

Задающий генератор выполнен на микросхеме КР1211ЕУ1, частота преобразователя регулируется при помощи резистора R4 (переменный резистор на 1 мегаом ).

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Теперь о механической части ветрогенератора. Лопасти (далее ротор) я изготовил из лыж, другого материала на тот момент под рукой не было. Ротор выполнен в виде звездочки. Длина каждой лыжи 1.5 метра, но его пришлось укоротить на 10 см.

Итак, имеет 3 доски, параметры такие: длина 1400мм, ширина — 100мм, толщина — 10мм. Редуктор укреплен на роторе при помощи холодной сварки.

Доски ротора укреплены на оси при помощи той же холодной сварки, но для страховки сначала на нижней стороне каждой доски делаем два отверстия и прикрепляем доску к валу при помощи шурупов, а затем сверху еще оформить холодной сваркой.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Осью ротора служит кусок пластиковой трубы диаметром в пол дюйма, в которую входит вал редуктора и фиксируется шурупами, которые сжимают вал ротора с обеих сторон. Вал последней передачи редуктора подключен к генератору.

Число передач нужно подобрать 1 : 60, при средней скорости ветра ротор вращается со скоростью 60 об/мин, обеспечивая в среднем  1000 об/мин для генератора.

Такие расчетные параметры предусмотрены для среднего ветра 5 — 8 м/сек, хотя ротор вращается даже во время ветра со скоростью 2 м/сек.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Ветряк получился довольно таки устойчивым, и даже при сильных ветрах не нарушается его работа. Постоянный ток от генератора заряжает аккумуляторную батарею от автомобиля, его параметры 12 Вольт 60 Ампер. Генератор заряжает аккумулятор за 4 часа, при среднем ветре.

Ветрогенератор — отличный вариант для сельских жителей, он полностью способен обеспечивать энергетические потребности небольшой семьи, конечно включать обогреватель не стоит, но лампы накаливания, пару телевизоров, DVD- проигрыватель установка питать сможет, можно подключать и компьютер не смотря на то, что максимальная мощность генератора 200 Ватт, аккумулятор достаточно мощный и может питать компьютер в течении 1.5 — 2 часа.

Давайте посчитаем денежные затраты на ветряк — генератор 20$, редуктор (мне достался даром) в среднем за 10$, преобразователь 10$, шурупы, гайки, втулки и все остальное не более 10$, аккумулятор (я использовал старый аккумулятор от автомобиля) можно купить новый за 50$, на ротор тратить денег не стоит, пара лыж у каждого окажется. Итого получается: без аккумулятора — не более 60$, с аккумулятором не более 110$, стоит ли собирать? Конечно стоит!  Ведь собрать ветрогенератор своими руками это уже большое достижение в жизни!

Итог работы — ветряк был установлен на крыше, высота от земли 5 — 7 метров, работает прекрасно уже год, для этой статьи пришлось его разобрать, думаю человек с крепкими нервами при наличии всех деталей и материалов соберет данную ветростанцию за 5 дней (я собрал за неделю, но 2 дня только проектировал, тут я представил полный проект станции, так, что вам не придется делать расчеты). Для защиты от влаги и увеличения прочности, на лопасти ротора был нанесен слой  эпоксидной смолы. Генератор с редуктором находятся в пластмассовом корпусе.

Читайте также:  Ваз 2106 как поменять сальник в двигателе передний

Список радиоэлементов

Скачать список элементов (PDF)

Самодельный ветрогенератор для дома и дачи: виды, принцип работы, как сделать своими руками?

Самодельный ветрогенератор представляет собой установку для выработки электрической энергии за счет использования ветра. Подобные устройства обычно используются в качестве альтернативного источника электроэнергии. Самодельный ветрогенератор для дома способен полностью обеспечивать электричеством семью из нескольких человек.

Такие установки являются эффективным способом генерации электроэнергии в населенных пунктах, которые удалены от центральных энергосетей. Ветрогенератор приводится в движение силой ветра, которая затем преобразуется в энергию вращательного движения.

Установки на 30 кВт способны использоваться в качестве автономного источника электричества для обеспечения потребностей промышленных и жилых объектов.

Особенности самодельных ветрогенераторов

Для того, чтобы обеспечить электроэнергией частный дом можно использовать вертикальный ветрогенератор мощностью до 2 кВт. Принцип работы ветроэлектрической установки заключается в преобразовании кинетической энергии ветряного потока в механическую энергию лопастей. Механическая энергия в свою очередь вращает ротор и генерирует электрический ток.

Стандартный ветрогенератор состоит из следующих узлов:

  • вращающиеся лопасти
  • ротор турбины
  • генератор и его ось
  • инвертор, преобразующий переменный ток в постоянный
  • аккумулятор

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Ветрогенератор может быть дополнительно оснащен контроллером. Самодельный контроллер для ветрогенератора используется для заряда аккумулятора и контроля за состоянием батареи. При полном заряде аккумулятора контроллер останавливает ветряк.

Работа ветряного генератора осуществляется следующим образом. При вращении ротора генерируется трехфазный переменный ток, который направляется через контроллер и затем подзаряжает батарею постоянного тока. После инвертор преобразует ток для потребления и пускает его для того, чтобы обеспечить освещение и электропитание для телевизора, холодильника и другой бытовой техники.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Виды ветрогенераторов

Ветряки могут различаться по следующим параметрам:

  • количество лопастей
  • материалы изготовления
  • ориентация оси вращения относительно поверхности земли
  • шаговый признак винта

Многолопастные модели более эффективны по сравнению с двух- или трехлопастными, поскольку они приводятся в движении при самых малых проявлениях воздушных потоков. Лопасти могут быть жесткими или парусными. Жесткие обычно делаются из металла или стеклопластика. По направлению оси вращения различаются вертикальные и горизонтальные модификации.

Более широкое применение получили ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения ротора. Такие установки отличаются высоким КПД, улучшенной защитой от ураганных порывов ветра и простой регулировкой мощности. Вертикальные модели просты в монтаже, бесшумны и могут работать даже при слабых порывах ветра.

Модель на неодимовых магнитах

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Самодельный ветрогенератор на неодимовых магнитах становится все более популярным во многих российских регионах. В качестве основы такого устройства необходимо использовать ступицу от авто с тормозными дисками. Деталь лучше разобрать и проверить на исправность, смазав подшипники и удалив ржавчину.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Неодимовые магниты наклеиваются на диски ротора. К примеру можно взять двадцать магнитов небольшого размера. При выборе количества магнитов нужно помнить, что в однофазном генераторе количество полюсов должно совпадать с числом магнитных элементов.

Для трехфазной модели это соотношение может быть 2 к 3 или 4 к 3. В процессе установки магнитов нужно чередовать их полюса. Чтобы не ошибиться желательно использовать прямоугольные магниты. Для крепления магнитов нужно использовать самый надежный клей.

Ролик по сборке такого генератора можно посмотреть тут:

Генератор на магнитах будет работать эффективно, если статорные катушки будут правильно рассчитаны. По опыту известно, что для зарядки аккумулятора на 12 В, в катушках должно быть поровну распределено около 1000 витков.

Намотка катушек осуществляется толстыми проводами, чтобы снизить сопротивление. Мачта ветрогенератора должна быть высотой от шести и более метров. Под мачту нужно вырыть яму с дальнейшей заливкой бетона.

Лопасти для устройства изготавливаются из поливинилхлоридных труб.

Модель из автомобильного генератора

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Самодельный ветрогенератор из автомобильного генератора необходимо делать из комплектующих ( аккумулятор, реле и прочее) с одной машины. При этом для создания ветряка лучше использовать автомобильный генератор от мощной техники ( например от трактора).

Поскольку потребителям необходим переменный ток, то необходимо предусмотреть инвертор или преобразователь. В регионах с высокой скоростью ветра можно устанавливать ветрогенераторы для выработки больших мощностей.

Для сборки такой модели понадобится следующее:

  • автомобильный генератор на 12 В
  • аккумулятор
  • вольтметр
  • реле аккумуляторной зарядки
  • лопасти
  • крепежный материал

В начале делается ротор. Оптимальным решением будет создание роторного колеса из четырех лопастей. Этот элемент делается из листового железа. При возможности можно использовать железную бочку.

Готовый ветряк соединяется с осью генератора. Для этого высверливается отверстие, соединение фиксируется болтами. После этого собирается электрическая схема и устанавливается мачта. Затем нужно закрепить автомобильный генератор с проводами, которые подсоединяются к аккумулятору и преобразователю напряжения. Для правильной сборки лучше использовать подготовленные чертежи.

Подобная установка монтируется достаточно быстро без особых сложностей. Такой ветрогенератор хорош простотой, надежностью и бесшумной работой.

Видео со сборкой такого ветрогенератора можно посмотреть здесь:

Модель из асинхронного двигателя

Самодельные ветрогенераторы из асинхронного двигателя до 10квт нашли широкое применение для бытовых целей. Для изготовления такого устройства в первую очередь необходимо подобрать электродвигатель с низкими оборотами, у которого имеется три или четыре пары полюсов.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Для изменения двигателя под нужды генератора необходимо проточить ротор и приклеить к нему магниты при помощи эпоксидного клея. Статор перематывается более толстым проводом, чтобы повысить ток. Проточку ротора можно осуществить на токарном станке.

Ветрогенераторы из двигателя постоянного тока своими руками

Перед тем, как наклеить магниты ротор нужно разметить на полюса. Для того, чтобы рассчитать необходимое количество магнитов нужно определить длину окружности ротора после проточки. Эта длина соответствует высоте втулки.

Толщина магнитов должна находится в диапазоне ( 0,1- 0,15) D, где D – это диаметр окружности ротора. После этого рассчитывается число секций, куда будут приклеиваться магниты с одним полюсом.

Число секций составит L/p, где p – число полюсов электродвигателя, а L- высота втулки.

Магниты должны располагаться под небольшим скосом. Полюса должны чередоваться. Магниты располагаются плотно друг к другу и после приклеивания на эпоксидку заматываются скотчем.

Видео с такой моделью ветрогенератора можно посмотреть тут:

По завершению сборки ветрогенератора его нужно проверить на выходную мощность. Для этого ротор приводится во вращении со скоростью, которая соответствует номинальной скорости модифицированного электродвигателя. Такие испытания можно сделать при помощи дрели и лампочек с разной мощностью.

Оптимальный вариант ветрогенератора нужно выбирать исходя из необходимой мощности из климатических условий конкретного региона.

Как сделать ветряк своими руками: сборка, этапы установки и рекомендации

Самостоятельная сборка генератора электрической энергии, работающего за счет потоков воздуха, возможна в домашних условиях. Необходимы базовые знания физики, ручной инструмент и некоторые комплектующие. Любой сможет разобраться, как сделать ветрогенератор своими руками.

Изготовление ветряка: важные моменты

Самодельный ветрогенератор – устройство сравнительно простое. Но перед началом работ важно обратить внимание на ряд моментов:

  • высота мачты;
  • уровень создаваемого шума;
  • электромагнитные помехи.

Следует знать: существует широкий перечень ограничений, связанных с высотой возводимых зданий, сооружений. Например, рядом с аэропортами, мостами, некоторыми иными объектами городской инфраструктуры запрещено устанавливать мачты выше 15 метров. Предварительная юридическая консультация, общение с административными органами помогут избежать вопросов со стороны контролирующих организаций.

Сделанный своими руками ветряк нередко создает посторонние звуки. Они могут доставлять неудобства – особенно в ночное время. Нередко посторонние звуки служат причиной серьезных конфликтов между соседями. Перед началом эксплуатации желательно измерить уровень шума специальным прибором. Установленные законодательством нормативы:

  • менее 70 дБ – днем;
  • менее 60 дБ – ночью.

Электрический ток создается движением заряженных частиц обмотки статора. Подобные процессы иногда создают телепомехи. Важно предусмотреть экранирование. Разобраться, как сделать ветряк своими руками и снабдить его экраном, сравнительно просто.

Разновидности генераторов: преимущества и недостатки

Перед тем как собрать ветрогенератор своими руками следует изучить преимущества, недостатки разных типов. Наиболее популярны следующие виды:

  • вертикальные;
  • горизонтальные.

Среди вертикальных выделяют подкатегории:

  • генераторы Савониуса – характеризуются постоянной угловой скоростью (КПД составляет 30%);
  • ротор Дарье (простая сборка, но присутствуют сильные вибрации);
  • Геликоидный ротор – характеризуется равномерностью вращения вала (благодаря закрученным равномерно лопастям);
  • многолопастной ротор – имеет центральную ось, чувствителен даже к небольшому ветру;
  • ортогональный – выделяется нестандартным дизайном, вырабатывает энергию при силе ветре 0.7 м/с.

Основные преимущества вертикального типа:

  • не требуется настраивать – потоки ветра не играют роли;
  • возможна установка ниже 4 метров – обслуживание не доставляет серьезных проблем;
  • уровень шума редко превышает 40 дБ.

Единственный минус – сравнительно малый КПД. Причина проста – низкая скорость вращения ротора. Вертикальный ветрогенератор своими руками собрать, обслуживать несколько проще. Горизонтальные (крыльчатые) – обычно снабжаются несколькими лопастями. Потому вертикальная разновидность отличается большим КПД.

Читайте также:  Вибрации двигателя на схеме

Единственный минус – необходимо постоянно настраивать расположение, определять направление ветрового потока. Подобная особенность несколько снижает производительность. Ветрогенераторы для частного дома своими руками, изготавливаемые подобным способом, делятся на группы:

  • однолопастные – выделяются двигательными оборотами;
  • трехлопастные – выгодно отличаются большой производительностью (выработка – 7 мВт);
  • многолопастные (до 50 «крыльев») – имеют внушительную инерцию, устанавливаются для обеспечения вращения водяных насосов.

Существуют гибридные модификации. Изготовить самостоятельно, в домашних условиях, подобные затруднительно.

Мощность ветрогенератора

Предварительно нужно рассчитать нагрузку: какая мощность потребуется? Условно потребительские мощности можно разделить на 3 основные категории:

  • до 1 кВт;
  • 1-3 кВт;
  • более 5 кВт.

Первый вариант можно изготовить без стабилизирующего элемента выравнивающего напряжение питания. Как базовый компонент больше всего подходит:

  • автомобильный генератор;
  • двигатель стиральной машины.

Оптимальный выбор – автомобильный статор. На доработку уходит минимум времени. Достаточно перемотать катушку: необходимо большее количество витков. Электродвигатели от стиральных машин нужно снабдить мощными магнитами (используются для возбуждения обмотки). Такой мощности устройства применяются для освещения, подключения электрических водяных насосов.

Установки мощностью 1-3 кВт позволят обеспечить бесперебойную работу бытовой техники: стиральной машины, холодильника. Устройство аналогично менее мощным модификациям. Может также использоваться электродвигатель стиральной машины.

Сборка устройства мощностью более 3 кВт требует большого количества деталей. Оптимальный выбор – приобретение готового мощного электродвигателя. Требуется минимальная доработка.

По необходимости устанавливается дополнительно стабилизатор тока, трансформатор напряжения.

Сделать самому или купить?

Стоимость установок генерирования электрического тока напрямую зависит от вырабатываемой мощности. Установка Condor Home, рассчитанная на мощность 9 м/с, вырабатывающая 0.5 кВт, обойдется в 90 тыс. рублей. Модель, вырабатывающая 2 кВт – 150 тыс. рублей. 5 кВт – почти 300 тыс. рублей. Учитывая трудозатраты, стоимость всех компонентов самодельный ветряк обойдется дешевле.

Какие нужны комплектующие?

Прежде чем приступить к изготовлению ветрогенератора своими руками в домашних условиях следует подготовить все необходимые детали. Стандартный перечень включает:

  • лопасти – бывают разных типов (выбор вида зависит от направления, скорости ветра);
  • редуктор – позволяет самостоятельно регулировать скорость вращения вала;
  • кожух – экранирует помехи, защитит электронику, иные составные части (влага, насекомые могут повредить устройство);
  • аккумулятор – накапливает энергию, устанавливать не обязательно;
  • инвертор – трансформирует электрическое напряжение;
  • штанга (мачта) – позволяет приподнять лопасти над уровнем земли.

Подбор подходящих перечисленных выше компонентов занимает много времени. Собрать необходимые детали желательно заранее. Хороший выбор – двигатель стиральной машины.

Дополнительно нужно приобрести неодиммовые магниты. Готовый магнитный вал можно купить в магазине (цена колеблется в пределах 2.5-3 тыс. рублей). Стоимость мощных магнитов сопоставима по цене с новым ротором.

Возможно, имеет смысл приобрести готовую деталь – сэкономив время, деньги. Самостоятельное изготовление вала, возбуждающего обмотку статора – процедура сложная, требующая много времени, знаний.

Требуется выполнить электротехнический расчет, надежно зафиксировать компоненты.

Допущение ошибок приведет к невозможности эффективной работы. Самостоятельная сборка возможна по типовому шаблону. Самостоятельно нарисовать такой невозможно. Можно использовать специализированные чертежные программы. Например, AutoCAD, Compass. Напечатанный шаблон позволит соблюсти геометрию, избежать ошибок.

Двигатель стиральной машины должен быть мощностью от 1.5 кВт. Желательно приобрести неодимовые магниты – 32 штуки размером 0.5-1.2 см диаметром. Фиксация должна выполняться максимально надежно. Например, холодной сваркой или специальным клеем.

Обрабатывается поверхностью перед склеиванием – наждачной бумагой. Хорошо подходят двигателя старых советских стиральных машин. Например, модель «Вятка». Подобную бытовую технику сложно отремонтировать.

Потому ветряки для дома своими руками из такой машины — лучшее применение для деталей.

Помимо основных компонентов, клея потребуется инструмент. Перечень включает:

  • плоскогубцы;
  • дрель, шуруповерт;
  • отвертки (шлицевые, крестовые);
  • ножницы, канцелярский нож;
  • рулетка;
  • электрический лобзик;
  • клещи для снятия изоляции;
  • транспортир;
  • маркер – проставлять метки;
  • набор сверл, саморезы.

Сборка

Первый этап сборки ветрогенератора для дома своими руками – конструирование каркаса:

  • демонтируются сердечники ротора асинхронного двигателя, токарным станком срезается слой толщиной 0,2 см;
  • каждый сердечник снабжается пазом глубиной 0,5 см;
  • после завершения перечисленных этапов устанавливаются неодимовые компоненты – должны располагаться на равном удалении друг от друга.

Дистанция между отдельными магнитами – важный момент. Несоблюдения размеров, расстояния станет причиной снижения мощности. Магниты просто «слипнутся».

Чтобы избежать нарушения – следует разместить элементы на предварительно расчерченном листе жести. Крепление выполнятся клеем.

Процедура может быть травмоопасной – магниты будут отскакивать, могут ударить мастера. Необходимо надеть защитные очки.

Лопасти

Изготовление лопастей – один из самых сложных этапов. Тип крыла определяется заранее. Использовать можно материалы:

  • поливинилхлорид – это канализационные трубы различного диаметра;
  • алюминий – прочный, легкий;
  • стекловолокно – используется профессионалами.

Сантехнические магазины предлагают широкий выбор ПВХ труб – они отличаются диаметром, длиной, другими параметрами. Лучше подходят оранжевые (хорошо держат форму, прочнее своих серых аналогов). Важное преимущество – низкая стоимость. Такое решение подходит начинающим.

Алюминий – материал прочный, легкий. Используется в авиастроении, идеальное решение. Минусом является высокая стоимость. Обрабатывать подобный материал сложно, требуются специальный инструмент и определенные навыки. Оснастив ветряк алюминиевыми лопастями можно навсегда забыть об обслуживании винта.

Стеклоткань – прочный, почти невесомый материал. Обработка его требует большого опыта, навыков. Не подойдет изготавливающим домашний ветрогенератор своими руками впервые. Помимо рулонов стеклоткани потребуется подготовить большое количество эпоксидной смолы. Клей такого типа позволяет закрепить слои. Вырезание лопастей требует формирования матрицы. Она придает будущей лопасти форму.

Самостоятельно разработать форму лопасти сложно. Требуются познания в аэродинамике, физике, иных науках. Хорошее решение – использовать уже готовые решения. Например, трубы ПВХ диаметром 20 см.

Флюгер

Основа флюгерного типа позволит автоматически регулировать направление. Применяется деревянный брус длиной >60 см. Важно ответственно подойти к выбору древесины. Желательно использовать твердые породы. Например, дуб, лиственницу. Предварительно, перед монтажом, порода должна обрабатываться септиком, другими составами предотвращающими разрушение материала.

Основа служит для крепления:

  • хвоста;
  • генератора (двигателя стиральной машины).

Укрепить конструкцию можно хомутами, дополнительными брусьями. Нижняя часть используется для крепления фланца. Располагается такой на трубчатом отводе. Если масса флюгера невелика – подойдет мебельный фланец.

Штанга весом более 10 кг должны снабжаться сантехническими аналогами. Диаметром более 20 см. Неподалеку от точки крепления требуется сделать отверстие – оно необходимо для прокладки кабеля. Диметр – 10-20 см.

Электрический провод позволяет соединить статор с накопителем энергии, потребителем.

Основание и мачта

После завершения изготовления флюгера можно приступать к сборке опорной мачты. Оптимальная высота для домашнего использования – 6-8 метров. Желательно использовать трубу диаметром больше 5 см. Изготовление опоры – важный этап. Прочность соединений, диаметр влияют на устойчивость. Материал изготовления опоры:

  • толстая листовая фанера – толщиной 2 см;
  • стальной лист нержавейки толщиной 3.5 мм.

При использовании фанеры нужно ориентироваться на диаметр 700 мм. Крепление выполняется болтами. Необходимо сделать каждые 25 мм отверстия диаметром 12 мм. Таким способом выполняется штыревое крепление. Хорошее решение – использовать сантехнические фитинги:

  • фланцы;
  • уголки;
  • фитинги;
  • тройники.

Детали обходятся дешево, просто соединяются. Благодаря эффекту шарнира выполняется подъем, спуск мачты. Муфта-тройник – снабжается центральным отводом. Она необходима для крепежа штанги.

Можно воспользоваться подшипниками (обеспечивают вращение). Подобная конструкция гораздо сложнее. Требует наличия сварочного инвертора. Если высота более 7 метров – понадобятся растяжки.

Они фиксируют конструкцию, позволяют избежать падения.

Крепление выполняется хомутами из листового металла. Шарнирное соединение позволяет «положить» мачту, переждать непогоду. После – быстро вернуть в рабочее положение.

Мотор

Хорошее решение – использовать асинхронный двигатель. Большое количество зубов, полюсов будет серьезным преимуществом. Например, мотор 1.5 кВт снабжается 36 зубцами, четырехполюсной обмоткой, тонким проводом.

Снизить напряжение до 50 В, поднять силу тока можно путем перемотки проводником большей толщины. 4 полюса заменяются трехфазной 12-ти полюсной обмоткой.

Ротор должен быть выточен под высоту имеющихся магнитов. При использовании асинхронного двигателя комфортное решение – неодимовые магниты шайбовидного типа размером 18×10 мм. Избежать залипания можно путем наматывания скотча. Магниты должны заливаться эпоксидной смолой.

Построенное на основе асинхронного двигателя «выдает» 50 В, 30 А.

Этапы установки ветрогенератора

Процесс монтажа собранного генератора включает основные этапы:

  • крепление основания;
  • установка мачты.

Поднять мачту проще вдвоем. Особенно если вес штанги составляет несколько десятков килограммов.

Рекомендации

При сборке ветрогенератора своими руками на 220 В либо меньшее напряжение нужно учитывать нюансы:

  • токопроводящий кабель стоит протянуть внутри трубы-мачты;
  • если используется трехфазная система – необходимо установить отдельный инвертор для каждой;
  • основание должно быть максимально прочным – хорошим решением станет заливка его бетоном;
  • электронику (инверторы, выпрямители, иное) важно закрыть защитным кожухом.

Ветряки – надежные, долговечные устройства. Ежедневный уход, обслуживание не требуется. При верном подходе к подбору элементов, конструированию можно обеспечить весь дом электрической энергией. Существует множество модификаций для домашнего использования. Выбирать следует исходя из бюджета, собственных знаний, умений.

Интересные видео по теме:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector