Двигатель переменного тока для ветрогенератора

Надежный двигатель для ветрогенератора: электроника самодельного ветряка из подручных материалов, усовершенствования и доработка

Обновлено: 14 января 2021

Изготовление ветрогенератора своими руками не ограничивается созданием одного ротора и мачты. Рабочее колесо с лопастями — это лишь устройство, принимающее энергию ветра и передающее вращательный момент на следующие в конструкционной цепочке элементы.

Для того, чтобы устройство дало электрический ток, нужен целый комплект оборудования, последовательно выполняющего задачи по приему, переработке, накоплению и преобразованию энергии. Помимо механических частей имеется довольно обширный список электроники различного назначения, коммутационных устройств.

Электроника самодельного ветрогенератора

Самодельные ветряки обычно используют электронику, которую удалось собрать самостоятельно или приспособить из имеющихся готовых приборов. Исключением являются аккумуляторы, которые проще и дешевле приобрести, чем собирать своими руками. Обычный состав электроники включает:

• генератор
• аккумулятор
• контроллер заряда
• инвертор

В большинстве случаев этот список используется полностью, хотя имеются и более простые комплекты, иногда вообще ветряк напрямую подключается к потребляющему устройству (насосу, осветительному или подобному прибору, не требовательному к стабильности напряжения). Для бытовой техники, освещения дома, радио-и телевизионных приборов требуется наличие стабильного напряжения с определенными параметрами, что обеспечивается только использованием полного набора устройств.

Ветряк из подручных материалов

Самодельные ветряки обычно изготавливают из тех материалов, которые удалось найти в гараже, сарае или иных доступных местах. Приобретение материалов или оборудования производится редко, так как зачастую весь процесс создания ветряка является экспериментом с неясным результатом, поэтому нести какие-либо расходы нецелесообразно. В целом, такой подход себя оправдывает, так как он дает возможность оценить перспективы и сделать выводы относительно параметров установки, необходимой для полноценного решения вопроса.

Любой результат таких исследований дает возможность создать ветряк с нужными качествами. При этом, даже изготавливая третью или четвертую модель, умельцы практически не приобретают каких-либо материалов, обходясь старыми запасами или переделывая имеющиеся предметы. Так, в качестве лопастей для вертикальных роторов часто используются металлические бочки, разрезанные вдоль. Применяются и другие способы, не требующие почти никаких расходов, но приносящие вполне ощутимые плоды.

Единственное, без чего никак нельзя обойтись — это определенные познания в области электротехники, опыт и навыки работы со слесарным инструментом.

Усовершенствования и доработка

При изготовлении ветрогенератора чаще всего применяются различные готовые устройства или узлы, определенным образом переделанные и усовершенствованные для максимального соответствия задуманным параметрам. Наиболее часто таким изменениям подвергаются двигатели или генераторы, поскольку они довольно легко доводятся до нужного состояния.

Большинство электродвигателей способны работать в режиме генератора, и переделывать их необходимо только для оптимизации работы в тихоходном режиме, так как частота вращения ветряка низка, и даже с повышающим редуктором высоких скоростей не добиться. Поэтому производят доработку, повышающую чувствительность устройства до необходимых пределов.

Готовые ветрогенераторы также подвергаются различным изменениям, исправляются обнаруженные в ходе испытаний недостатки, увеличиваются определенные параметры и показатели.

Самодельный ветрогенератор на основе шагового двигателя

Шаговые двигатели используются в принтерах, сканерах и прочих устройствах. Их можно использовать практически без всяких переделок, понадобится лишь выпрямить переменный ток, который они выдают. Для этого собирается выпрямитель по определенной схеме на 8 диодах (нужно 2, но так как двигатель 4-фазный, то используются 8 шт).

После подключения к выпрямителю можно получить ток с напряжением, зависящим от марки двигателя (существуют образцы с напряжением 5 В, есть модели по 12 В и выше). Такого напряжения может хватить для зарядки батареи мобильного телефона, подключения местного освещения и т.п. Дополнительных устройств не требуется.

Ветрогенератор на шаговом двигателе способен выполнять довольно ограниченную работу, но как наглядное пособие или пробный экземпляр он вполне годится. Если же объединить в одну систему несколько таких устройств, можно получить более мощный комплекс, имеющий возможность питать большее число приборов, обеспечивать освещение или иные бытовые устройства.

Ветряк из мотор-колеса

Мотор-колесо от старого скутера вполне может сыграть роль генератора для ветряка. Особенным достоинством такого решения является возможность установить лопасти непосредственно на обод колеса, что значительно упрощает процесс изготовления ветряка и позволяет применить довольно большой размер крыльчатки, чувствительный к ветру с небольшой скоростью. К недостаткам устройства относится ощутимое залипание, затрудняющее запуск вращения, особенно на слабых ветрах.

Мотор-колесо представляет собой практически готовый трехфазный генератор. Он имеет хорошие показатели даже на низких оборотах, а если использовать повышающую передачу, то можно добиться весьма неплохих результатов, в частности — для зарядки АКБ. Примечательно, что из мотор-колеса изготавливают как горизонтальные, так и вертикальные конструкции ветряков, причем, вторые по своим характеристикам часто оказываются удачнее.

Дело в том, что на вертикальных роторах (типа Савониуса) стартовый момент намного больше из-за большой площади лопасти, что увеличивает возможности запуска ветряка на слабых ветрах. Еще одним удобным моментом становится возможность установки вертикального ветряка на относительно низкую мачту. Поскольку мотор-колесо крепится непосредственно на крыльчатку, возможностей для его обслуживания при монтаже на высокие мачты, весьма немного. Доступ к генератору — большое достоинство устройства, продлевающее службу и облегчающее уход.

Генератор из коллекторного двигателя

Коллекторные двигатели имеют один слабый в эксплуатационном отношении узел — собственно коллекторно-щеточный. Вследствие постоянного трения графитовые щетки быстро изнашиваются и требуют замены, поскольку при вышедших из строя щетках двигатель работать не будет. Ресурс коллекторных двигателей от установки одного комплекта щеток до другого не так уж велик, что является причиной постоянного внимания за состоянием устройства и необходимости держать наготове запасной набор щеток.

При этом, возможности такой конструкции весьма велики, при определенных условиях коллекторные двигатели способны выдавать достаточно высокие показатели. Кроме того, они не нуждаются в высоких скоростях вращения, что является еще одним большим плюсом в климатических условиях России, не отличающихся обилием сильных и ровных ветров.

Особенности коллекторных двигателей позволяют использовать их без повышающей передачи, что снижает потери. При этом, размеры лопастей должны быть достаточными, чтобы создавать нужное пусковое усилие, так как ротор коллекторного двигателя постоянно находится под притормаживающим давлением щеток. По характеристикам наиболее подойдет вертикальная конструкция ветряка с большими лопастями, способными к созданию значительного усилия при вращении.

Ветрогенератор из ферритовых магнитов

Этот вариант для подготовленных людей, обладающих достаточными познаниями как в электротехнике, так и в слесарном деле. Генератор из ферритовых магнитов придется практически с нуля создавать самостоятельно, что является интереснейшей технической задачей для одних, но и неразрешимой проблемой для других. Решение вопроса возможно только при полном понимании принципа работы и устройства генератора.

Устройство генератора на ферритовых магнитах включает неподвижный статор, состоящий из обмоток, числом кратным трем. Вращающийся ротор состоит из площадки с разнонаправленными магнитами, которые создают переменное магнитное поле и возбуждают в обмотках статора ЭДС. На первый взгляд все просто, но проблема состоит в том, чтобы все сделать аккуратно, точно и с минимальными зазорами или отклонениями. Кроме того, надо обеспечить соосность статора и ротора, защитить их от проникновения воды, пыли, устранить прочие внешние воздействия.

Вариантов конструкции таких генераторов довольно много, лучшие образцы изготовлены на довольно солидной производственной базе. При этом, имеются и совсем кустарные изделия, собранные на кусках фанеры, залитые эпоксидной смолой, которые способны демонстрировать вполне приемлемые результаты.

В настоящее время для изготовления таких устройств активно используются неодимовые магниты, обладающие магнитным полем, многократно превосходящим ферритовые образцы. Возможности генератора на таких магнитах гораздо выше, что сразу же было высоко оценено конструкторами.

Практически все перешли на использование неодимовых магнитов, хоть это и потребовало некоторого изменения конструкции — количества витков обмоток, расстояние между ними и т.д. Результаты, которые показывают такие генераторы, высоки, они делают ветрогенераторы более перспективными устройствами.

Испытания самодельного устройства

Испытания готового ветрогенератора следует производить при полностью собранной, установленной и надежно закрепленной конструкции. Искушение попробовать ветряк в деле велико, часто заставляет людей совершать непродуманные действия, в результате чего возникают поломки, разрушения, травмы.

Проверку на работоспособность отдельных узлов (например, генератора) можно произвести при помощи электродрели с регулируемой скоростью вращения. Возможности ветряка также могут испытываться отдельно, без присоединения генератора, чтобы получить данные о его рабочих качествах без нагрузки. Все остальные испытания или пробы требуют качественной сборки или подключения по всем правилам.

Источник

Правильный выбор генератора для ветряка

Конструкция всего агрегата состоит из основных и вспомогательных элементов.

В список главных элементов ветрогенератора входят:

• генератор;
• мачта;
• пропеллер.

К вспомогательным элементам этого “технологического прорыва” относятся:

1. Батареи, которые в свою очередь состоят из аккумуляторов.
2. Инвертор (его можно еще назвать контроллером).
3. Также к вспомогательным элементам относится автоматический переключатель источника питания.

Устройство:

1. Мачта, пропеллер и генератор. Их назначение всем понятно: На огромной мачте, стоит пропеллер, ветер приводит его в движение, он крутится, образуя энергию. Далее эта полученная энергия направляется к генератору, он в свою очередь генерирует простую энергию ветра в электроэнергию.
2. Контролер. Задача контролера заключается в том, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, чтобы его можно было накапливать в аккумуляторы.
3. Инвертор. Он работает в обратном режиме, относительно контролера. При выходе постоянного тока из аккумуляторов, инвертор перебазирует его на переменный, который пригоден для работы с бытовыми электроприборами.
4. Аккумулятор. Его предназначение понятно всем – он накапливает в себе полученную энергию и выполняет работу ресивера.
5. Автоматический переключатель источника питания обеспечивает непрерывную доставку электроэнергии, переключаясь между источниками. Например, если пропал ветер и ваш ветряк не может предоставить то количество энергии, которое нужно, то переключатель переформируется на дизельную электростанцию.

На что нужно обратить внимание?

1. При выборе ветрогенератора для домашнего использования, нужно обратить внимание на коэффициент использования ветра и, конечно же, самое главное – это мощность. В хороших вариантах ветрогенераторов для дома, коэффициент достигает до 45%, что является очень продуктивным. Мощность же на домашних приспособлениях начинается от 300 Вт до 10 кВт (второго показателя с головой хватит на то, чтобы в вашем доме работали все электрические приборы).
2. Очень важным аспектом при выборе ветряка для дома является его быстроходность. В стандартных версиях она колеблется от 5 до 7 единиц. К примеру, если вы выбрали ветряк с единицей быстроходности “5”,- то это значит, что при ветре 10 метров в секунду ваш пропеллер будет крутится со скоростью в 5 раз быстрее, то есть 50 метров в секунду.

От чего зависит эффективность работы:

1. Конструкции определенного агрегата. От этого зависит многое, ведь у каждого ветряка свои особенности в сборке, поэтому и по производительности каждый из них будет отличатся. Многое зависит от размеров самого ветряка и легкости его лопастей. Не малую роль играет и сам генератор (сердце всей конструкции).
2. Погодных условий местности, на которой установлен ветряк. Как и было сказано ранее, нет смысла устанавливать эту штуку на не ветряной местности. Установив его в условиях низкой ветрености, вы никакой пользы от него не получите.

Установка

Монтаж ветряка очень сложная процедура. Первым делом, следует купить закладные в фундамент, детали крепления. Затем, следует залить бетонную основу, которая будет держать ваш агрегат. При заливке фундамента, нужно сразу установить купленные ранее элементы для крепления. После того, как фундамент залит, он должен простоять 21 день, прежде чем начинать установку мачты.

Далее, идет работа посложнее. Самому вам не справится, нужен специально обученный персонал и тяжелая техника (подъемный кран обязательно). Сборка одного ветрогенератора для дома, займет не менее одного целого дня.

Все работы связанные со сборкой и установкой оборудования (сюда входят и подсоединение к сети, подключение всей проводки, сборка всего агрегата и так далее), должны осуществляется исключительно квалифицированными работниками.

Самодеятельность в этом сложном деле не приветствуется. Монтировка всего оборудования осуществляется в сухом помещении с температурой от 10 до 30 градусов Цельсия. Специальные работники, которые монтировали и устанавливали оборудование, должны предоставить пакет услуг, по которому они обязаны будут в период эксплуатации ремонтировать ветрогенератор.

Плюсы использования ветрогенератора у себя дома:

1. Самым главным преимуществом является бесплатная электроэнергия. Заплатив однажды за все оборудование и установку этого агрегата, вам больше не придется платить за электроэнергию. Теперь вы сами еще вырабатываете.
2. Очень частое явление, когда в сложные времена года, происходят перебои энергоснабжения. Происходит это зачастую из-за порванной линии, либо какие-то проблемы с трансформатором. Установив у себя дома ветрогенератор, на ваши электроприборы больше не повлияет погода. В сложных погодных условиях, ветряк будет работать даже быстрее обычного режима.
3. Эти агрегаты безопасны для окружающей среды и практически не производит шума при работе. Это значительно лучший вариант энергии, нежели тот, из-за которого уничтожается экосистема планеты.
4. Ветряк очень хорош в техническом понимании. Ведь он может работать в сочетании с несколькими источниками энергии, например: дизельная электростанция, солнечные батареи и так далее. Это удобно, если какой-то источник электричества на полную силу не может обеспечить ваш дом энергией.

Минусы ветрогенераторов:

1. Первый значительный минус – это конечно зависимость от погодных условий. Ветряк не станет работать там, где слабые потоки ветра. Устанавливать его разумно лишь на побережье моря и в местах, где повышена ветреность. Установив ветрогенератор у себя дома, на местности, где потоки ветра ниже среднего показателя, вы никогда не добьетесь того, чтобы этот вид добычи электричества был основным.
2. Цена тоже не очень приятна. Стоит такое удовольствие очень и очень дорого. Окупиться этот агрегат сможет, в лучшем случаи спустя лишь 10 лет. Сам генератор, мачта и ветряк – это лишь 30 процентов стоимости всей конструкции, остальную долю берут на себе аккумуляторы и инвертор. К тому же сами аккумуляторы на сегодняшний день не долговечны, и вам придется очень часто производить их замену, что тоже будет сильными ударами бить по вашему карману.
3. Безопасность этого альтернативного добытчика энергии не самая продвинутая. Лопасти при сильном износе попросту могут оторваться и принести значительный ущерб имуществу, или что еще хуже – жизни человека.

Видео по установке ветрогенератора:

Как относится законодательство к установке ветрогенератора у себя на участке?

1. По закону всех стран бывшего СССР, законодательство по энергоресурсам не сертифицирует ветряки, поэтому при установке ветряка у себя на участке, вам не нужно брать какие-либо сертификаты у должностных учреждений.
2. Если ваш ветряк мощностью до 75 кВт, то он приравнивается к бытовым электроприборам, то есть как дизельный или бензиновый генератор.
3. В том случае, если ваш агрегат не превышает высоту 30 метров и мощность 75 кВт, то при его установке, вам не понадобится никаких документов, связанных с законодательными органами.
4. Вся конструкция ветрогенератора экологически чиста для окружающей среды и для здоровья человека, поэтому никакие экологические фанатики не предъявят вам свои требования.

Видео по установке генератора своими руками:

Какой выбрать генератор для домашней ветроэлектростанции?

От автомобиля

1. Достоинства: не дорогой, очень легко отыскать, уже полностью собран.
2. Недостатки: для работы нужна большая скорость вращения, по этому требуется установка дополнительных шкив. Непродуктивен.

Цена: Зависит от модели и марки автомобиля.

Самодельный генератор

1. Достоинства: не высока стоимость всей комплектации, довольно хорошая продуктивность, относительно автомобильного генератора, при правильной сборке, возможно получение большой мощности, очень крепкая и неразрушимая сборка.
2. Недостатки: очень сложная затея для не обученного человека, требует обработки на токарном станке.

Цена: Зависит от купленных вами запчастей и номинальной, желаемой мощности.

Переменного тока, асинхронный

1. Достоинства: не высокая стоимость, очень легко найти и приобрести, не сложно переоборудовать под ветряк, при низких оборотах очень хорошая продуктивность.
2. Недостатки: максимальная мощность ограниченная, так как агрегат имеет внутреннее сопротивление, при высоких оборотах лопасти, генератор не производит достаточное количество электроэнергии для того, чтобы установить на ветряк, нужно обработать на токарном станке.

Цена: можно найти от одной тысячи рублей.

Постоянного тока

1. Достоинства: простая и понятная конструкция, уже собранный и готов к использованию, достаточно хорошо работает на низких оборотах.
2. Недостатки: очень сложно найти генераторы нужной мощности, ведь маленькие агрегаты не выдают нужную мощность, очень похотливый.

Цена: начинается от 7 тысяч рублей.

С постоянными магнитами

1. Достоинства: Очень высокая эффективность, есть возможность получить много мощности, конструкция крепкая и устойчивая.
2. Недостатки: Если делать своими руками, то очень сложный проект, требуется обработка на токарском станке.

Цена: на 500 Вт конструкцию колеблется в районе 14 – 15 тысяч рублей.

Низкооборотный

1. Достоинства: Простой в использовании, не требует больших затрат, хорошо работает на низких оборотах.
2. Недостатки: Не будет работать на высоких оборотах, слабая мощность.

Цена: Около 10 тысяч рублей.

Асинхронный

1. Достоинства: Не дорогой, легко найти, не сложно переоборудовать под ветряк, отлично работает на низких оборотах.
2. Недостатки: Внутреннее сопротивление ограничивает мощность, малая эффективность на высоких скоростях.

Цена: Имеется очень огромный сортимент данного товара, цена колеблется в районе 5 тысяч рублей, до пятиста тысяч, ценовой диапазон ориентируется по мощности.

Ископаемые, которые дают человечеству энергию скоро закончатся, нам нужно искать выход. Одним из таких выходов и является ветрогенератор. Его конструкция и установка дорогая, однако, установив его сейчас, вы обеспечиваете светлое будущее своим детям.

Источник