Что такое ветрогенератор ленца

Как из подручных материалов сделать самодельный ветрогенератор на неодимовых магнитах

Дата публикации: 3 июня 2019

Ветрогенератор Ленца – простая и эффективная конструкция для получения электроэнергии. Ее можно смело использовать как в качестве самостоятельного источника питания, так и в сочетании с централизованным электроснабжением. В основе действия ветрогенератора лежит закон электромагнитной индукции Лоренса – Ленца. Вращение лопастей осуществляется за счет подъемной и импульсной силы. Магнитное поле, что образуется вследствие вращения, вырабатывает электроэнергию. Кроме того, оно удерживает ротор «на весу» с незначительной опорой на основу. Лопасти вращаются в плоскости параллельно земной поверхности, поэтому они реагируют на любое направление ветра и работают в сравнительно интенсивном режиме.

В числе основных достоинств ветрогенератора Ленца стоит отметить:

• износостойкость;
• легкость старта, реагирование даже на ветер средней силы – от 0,17м/с;
• бесшумную работу конструкции;
• отсутствие электромагнитных излучений, негативно влияющих на работу чувствительных приборов и оборудования;
• легкость и простоту в эксплуатации и обслуживании;
• возможность самостоятельно изготовить работоспособную и эффективную конструкцию из подручных материалов;
• высокий коэффициент полезного действия;
• экологичность и безопасность конструкции;
• стойкость к механическому воздействию резких порывов ураганного ветра.

Вариативность конструкции ветрогенератора Ленца

Количество лопастей может составлять от двух и более. Увеличение их числа позволяет конструкции реагировать даже на слабые порывы ветра, но такое устройство развивает относительно небольшую скорость. И, напротив, по мере уменьшения количества лопастей скорость вращения генератора увеличивается. Но запустить его в работу можно только при относительно сильном ветре.

Материалы, необходимые для изготовления ветрогенератора

Чтобы самостоятельно изготовить ротор Ленца, вам потребуются:

• фанера толщиной до 10 мм;
• стальная лента с отверстиями под крепления;
• металлический стержень 60 см с диаметром 10 мм;
• листовой металл или пластик, который можно легко раскроить в домашних условиях;
• 9 отрезков древесины размером приблизительно 450*25 мм;
• автомобильная ступица;
• набор неодимовых магнитов;
• медная проволока;
• болты и гайки разных размеров.

Последовательность изготовления и сборки ветрогенератора на неодимовых магнитах своими руками

Общий план работы выглядит следующим образом:

• из фанеры с помощью картонных заготовок вырезаются детали лопастей;
• собирается лопастной механизм;
• подготавливается осевой стержень, на котором будут размещены лопасти;
• монтируется конструкция из неодимовых магнитов и статор с катушками;
• система собирается и подключается в работу.

После подготовки всех материалов можно приступать к раскрою и сборке основных деталей ветрогенератора Ленца:

1. С помощью лобзика вырезаем из фанеры шесть заготовок половин лопастей – по две на каждую лопасть.
2. В заготовках лопастей рассчитываем по два отверстия для установки крепежных планок и вырезаем их с помощью лобзика. Концы каждого крыла фанерных деталей соединяем с помощью планок, длина которых равна высоте крыла. Если крепежные планки выступают за пределы лопастей, их следует аккуратно подрезать.
3. Зафиксировать планки внутри лопастей можно с помощью шурупа. Если вы переживаете за сохранность конструкции, можно дополнительно проклеить отверстия с планками.
4. Как правило, заостренные концы лопастей повернуты относительно центра конструкции на 9 градусов. По расчетам Ленца такой показатель обеспечивает оптимальное вращение конструкции. Но возможно изменить параметр угла в ходе тестирования готового генератора, если лопасти выбранного вами размера лучше вращаются под другим углом.

Процесс отделки лопастей с помощью металлического или пластикового листа осуществляется следующим образом:

1. Оптимальным будет оборачивание не только переднего, но и обратного края крыла, тем более что необходимо защитить фанеру от неблагоприятного внешнего воздействия.
2. Из рулона или листа вырезается два по высоте лопастей и по ширине, равной ширине крыла с запасом. Каждый отрезок крепится на соединительные планки с помощью винтов прямо вдоль срезанного края.

Сборка конструкции ротора на неодимовых магнитах

Выбор автомобильной ступицы в качестве основы ротора оправдан ее высокой прочностью и подходящими размерами. После очистки поверхности от грязи необходимо разметить деталь, разделив ее на 20 частей. Это необходимо для равномерного распределения магнитов по окружности ступицы. Стандартный размер магнитных элементов – 25*8мм. Их количество и размеры могут меняться в любую сторону, в зависимости от параметров всей конструкции.

Перед наклеиванием магниты необходимо разметить таким образом, чтобы после установки на ступицу они были направлены друг к другу противоположными полюсами. Образующаяся при этом сила притяжения будет достаточной для удержания и вращения конструкции ветрогенератора. Разметка должна быть максимально точной, добиться нужного эффекта не удастся. Зафиксировать магнит на диске можно с помощью супер клея и заливки эпоксидной смолой. Для предотвращения ее растекания по краю диска и формируют барьер из пластилина или скотча.

Статор представляет собой неподвижный элемент с силовой обмоткой, где индуцируется ток. Его можно изготовить из фанерного листа круглой формы, по окружности которого размещены катушки из медной проволоки. Их можно делать круглыми или придавать вытянутую форму таким образом, чтобы внутри катушки помещался магнит выбранных размеров. Толщина конструкции статора должна быть равна толщине магнитных элементов. После размещения по поверхности диска концы проводов катушек выводятся за пределы фанерного диска и соединяют между собой. Катушки укладывают на фанеру на слой стеклоткани и заливают слоем эпоксидной смолы. Статор и ротор соединяют соосно с минимальным расстоянием, чтобы ротор с магнитами свободно вращался, не цепляясь за медные катушки.

Сборка самодельного ветрогенератора Ленца

Для установки генератора мастера советуют использовать поддерживающую конструкцию, чтобы крылья свободно вращались под воздействием ветра. Решением проблемы может стать L-образный металлический кронштейн достаточной прочности. Его меньшая часть закрепляется на вале двигателя от стиральной машины или небольшой бытовой техники, а на длинную часть устанавливается конструкция с крыльями. Все элементы надежно соединяются болтами.

• Самодельный ветрогенератор из автомобильного генератора
• Прорыв в использовании ветровой энергии
• В Роттердаме планируют совместить ветровую турбину и отель
• Инновационный ветродвигатель «Альбатрос»

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Плюсы и минусы вертикальных ветрогенераторов, их виды и особенности

Использование энергии ветра для выработки электричества – одна из перспективных форм развития альтернативной энергетики. Вертикальный ветрогенератор является перспективным направлением развития отрасли, т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с горизонтальными аналогами.

Принцип работы

Вертикальный ветряк представляет собой цилиндр, устанавливаемый на основание. Благодаря своей форме, работает вне зависимости от направления ветра. Вне зависимости от вида вертикального ветрогенератора, он устроен таким образом, чтобы давление потока воздуха на одну из его сторон было выше, чем на другую.

Благодаря такой разнице в давлении происходит вращение оси генератора и выработка электричества. Из-за того, что сила ветра направлена на обе стороны ветрогенератора, показатель стартовой скорости ветра немного больше, чем у горизонтальных ветряков, но при должном качестве деталей, существует самораскрутка – т.е. значительное увеличение оборотов генератора даже при небольшом (от 3,5 м/с) ветре.

Какая конструкция лучше

Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.

Ветряк Савониуса — полукруглые лопасти

На ортогональный ротор устанавливают дополнительные статические экраны для увеличения производительности

Геликоидный ротор имеет сложную конструкцию

Плюсы вертикальной оси

Положительные качества всех вертикальных ветрогенераторов:

1. Не направляются по ветру, работают при любой его направленности.
2. В отличие от ветрогенераторов с горизонтальной осью, имеет только одну ось вращения, следовательно бо́льший срок службы.
3. Возможна установка на небольшой высоте — от 1,5м, в зависимости от модели.
4. Все важные подвижные элементы находятся в нижней части генератора, что позволяет удобно его обслуживать.

Важно. При необходимости вал ротора увеличивается до необходимой длины для удобства доступа к статору, без существенной потери КПД.

Минусы

1. Громоздкость конструкции. Самые легкие вертикальные ветряки весят не менее 300 кг вместе со стойкой.
2. Низкая эффективность по сравнению с горизонтальным.
3. Шумность. Ветряк издает шум от лопастей во время работы.

Видео. Геликоидный ветрогенератор

В ролике наглядно показана работа геликоидного ветряка, установленного на специальной мачте

Источник

Характеристики, классификация и отличия ветрогенератора Лeнца

Ветрогенераторы Ленца тихоходны и бесшумны. Благодаря магнитному подшипнику генератор обладает легким стартом вращения и высокой износоустойчивостью.

Вертикальный ветрогенератор Ленца можно использовать как единственный источник электроэнергии, так и параллельно с электросетью. Его установка может производиться на любой поверхности, в том числе на крышах домов и на балконах квартир. Лопасти такого ветрогенератора крутятся параллельно земле и направление ветра не имеет значения для их движения.

Принцип действия

Принципом действия вертикального генератора является принцип магнитной левитации, закон электромагнитной индукции Лоренца — Ленца. Проще говоря, вместо обычных подшипников, которые часто выходит из строя из-за постоянного механической нагрузки, используются магнитные. Ротор ветряного генератора удерживаются с помощью магнитного поля, то есть фактически висит в воздухе в определённой точке пространства, опираясь на подшипники.

При вращении образуются 3 вида силы: подъёмная, импульсная и простая сила торможения. Благодаря двум первым лопасти устройства крутятся, что способствуют созданию ротором магнитного поля, которое и вырабатывает электричество.

Применение принципа магнитной левитации при создании и способствовало такому названию. Также благодаря применению магнитного подшипника (правило Ленца), такой ветрогенератор является одним из самых эффективных генераторов, который отличается лёгкостью старта вращения и высокой износоустойчивостью.

Достоинства

За счёт магнитной левитации обеспечивается тихоходность и бесшумность установки. Во время работы не вырабатываются электромагнитные излучения.

Необходимая для начала движения установки скорость ветра должна быть не менее 0,17 м/с при этом номинальная достигается при 3, 4 м/с, в отличие от 7, 8 м/с у горизонтальных.

Деление по количеству лопастей

• Двух или трёх лопастные;
• Многолопастные (более трёх).

Разница в том, что чем меньше лопастей, тем большую скорость сможет развить установка, но для начала вращения генератору нужен более сильный ветер. И наоборот, для начала вращения ветряному генератору, у которого количество лопастей больше трёх, нужен менее сильный ветер, но большую скорость он сможет развить с трудом.

Преимущества

1. Лёгкость в обслуживании за счёт того, что устанавливается на низкой высоте;
2. Длительный срок службы;
3. Не требуется дополнительное устройство, которое определяет направления ветра и направляет устройство ему навстречу;
4. Мало движущихся деталей, что уменьшает затраты на ремонт;
5. Обладает высоким коэффициентом полезного действия, близким к идеальному;
6. Возможность соорудить подобный ветрогенератор самостоятельно;
7. Бесшумная работа;
8. Безвреден для окружающей среды;
9. Высокая устойчивость к ураганному ветру.

к содержанию ↑

Классификация

1. Ортогональные

У таких ветрогенераторов вертикальная ось вращения. Лопасти удалены от оси на определённое расстояние и расположены параллельно ей.

Достоинства: направление ветра не имеет значения, поэтому направляющие механизмы не нужны.

Благодаря вертикально расположенному главному валу такой ветрогенератор прост в эксплуатации, так как установка приводного оборудования может быть произведена на уровне земли.

Недостатки: низкий срок службы опорных узлов. Это объясняется тем, появляются дополнительные нагрузки, так как при вращении ротора направление подъёмной силы от каждой лопасти меняется на 360 ͦ.

У ортогональных ветрогенераторов более массивная лопастная система, чем у горизонтально-осевых.

2. Генератор с ротором Савониуса

Отличается использованием полуцилиндров в качестве лопастей.

Достоинства: высокая технологичность производства и пусковой крутящий момент, а также работа, проходящая на малых скоростях.

Недостатком является большой расход материалов при производстве. Эффективность работы лопастной системы ниже чем у горизонтальных ветряных генераторов.

3. С ротором Дарье

Вертикальная ось вращения с двумя — тремя лопастями, представляющих собой плоскую полосу.

Достоинства:

• Направление ветра не имеет значения;
• Простота изготовления лопастей;
• Благодаря вертикально расположенному главному валу такой ветрогенератор прост в эксплуатации, так как можно расположить установку приводного оборудования на уровне земли.

Недостатки:

• Работа лопастной системы менее эффективна;
• Низкий срок службы опорных узлов. Это объясняется тем, появляются дополнительные нагрузки, так как при вращении ротора направление подъёмной силы от каждой лопасти меняется на 360ͦ;
• Невозможен самостоятельный запуск ветрогенератора с двумя лопастями при равномерном потоке.

к содержанию ↑

4. С геликоидным ротором

Является модификацией ортогонального ротора, только срок службы значительно больше, так как из-за закрутки лопастей ротор вращается более равномерно, что снижает нагрузку на опорные узлы.

Недостаток: закрученные лопасти усложняют технологию производства, что повышает цену.

5. Многолопастные с направляющим аппаратом

Это модификация ортогонального ротора. Отличается наличием двух рядов лопастей. Первый, неподвижный ряд — это аппарат, который захватывает ветровой поток, сжимает его с увеличением скорости и подаёт на второй ряд — вращающийся ротор.

Достоинства:

• Самая высокая эффективность работы;
• Работа при низкой скорости ветра.

Недостаток:
Используется большое количество лопастей, что способствует высокой цене.

Источник