Двигатель постоянного тока для ветрогенератор

Ветрогенератор из двигателя постоянного тока

Для питания изготовленной аккумуляторной светодиодной лампы, описание которой приведено на сайте, был изготовлен и используется по настоящее время, ветрогенератор на базе двигателя постоянного тока (24v / 0,7A) на постоянных магнитах. Ветрогенератор, при средних погодных условиях, в зависимости от скорости ветра, обеспечивает выходное напряжение величиной от 0,8 до 6,0 вольт и ток до 200 ма. В дальнейшем, стабилизированный преобразователь напряжения преобразует это выходное напряжение постоянного тока от ветрогенератора в необходимое напряжение постоянного тока, достаточное для заряда аккумуляторной батареи или питания необходимой нагрузки.

Предлагаемый ветрогенератор прост в изготовлении, не требует точных расчетов и изготовления сложных деталей, приобретения дорогостоящих комплектующих. Такому ветрогенератору, кроме варианта рассмотренного в указанной выше статье, возможно найти и другое применение. Используем его там, где может понадобиться небольшое количество электроэнергии для питания маломощного устройства. Например, для работы компактной метеостанции, контроля уровня воды в баке, для дежурного освещения и управления автоматикой теплицы. В течение суток, при наличии ветра, аккумулятор устройства с запасом получает даровую энергию ветра, а в нужное время отдает ее потребителю по мере необходимости. Конечно, попадающая к нам энергия ветра не велика, но она приходит к нам практически постоянно. А если изготовить устройство для ее накопления и использования своими руками, из подручных материалов, то эта энергия и бесплатна, а устройство, кроме того, будет экономным, компактным, мобильным и энергонезависимым.

В этой статье предлагается изготовить ветрогенератор из двигателя постоянного тока.

Изготовление ветрогенератора.

1. Выбор электрогенератора.
Для применения в качестве маломощного электрогенератора для устройства, можно использовать без переделок готовый шаговый двигатель. Для максимальной отдачи, при возможности выбора, желательно использовать двигатель с минимально возможным залипанием вала и с максимально большим числом шагов на один оборот. Возможен вариант переделки электродвигателя или стартера в генератор. Различные варианты переделки описаны в интернете.

В нашем случае, был выбран наиболее простой вариант. В качестве электрогенератора используем двигатель постоянного тока (24v / 0,7A) на постоянных магнитах, не требующий доработок. Он обладает свойством обратимости – при вращении его вала, на контактах двигателя появляется напряжение. Данный электродвигатель был извлечен из морально устаревшей счетной машинки.

2. Выбор конструкции пропеллера.
В первом варианте конструкции ветрогенератора, для упрощения изготовления, за основу пропеллера был взят пластмассовый пропеллер, с подходящим посадочным диаметром, от промышленного вентилятора. Для повышения крутящего момента на валу генератора, длина его лопастей была добавлена тонкостенными металлическими накладками с профилем, приближенным к оригиналу.

Однако такая конструкция пропеллера потерпела неудачу. При сильном ветре, из-за малой жесткости пластмассового пропеллера, металлические накладки лопастей отклонялись назад и ударялись о стойку конструкции, что в итоге окончилось поломкой.

При отработке первого варианта определился с конструкцией технологичного профиля лопастей и их длиной. Эти параметры пропеллера влияют на его чувствительность к слабому ветру, а он преобладает. Необходимо, чтобы при небольшом ветре, пропеллер смог преодолеть залипание вала (притяжение магнитов статора) и начать вращение.

3. Изготовление пропеллера. Подбираем или изготовляем ступицу для установки и крепления лопастей пропеллера.
В нашем случае она представляет собой алюминиевый фланец (толщиной 4 мм, наружный диаметр 50 мм) с осевым отверстием по диаметру выходного вала двигателя (8 мм – на валу запрессована зубчатая шестерня, длиной 10 мм) и четырьмя равномерно расположенными отверстиями М4 для крепления лопастей. Для закрепления ступицы на валу, устанавливаем в ней один или два винта М4 (см. фото).

4. Изготовление лопастей пропеллера.
Из оцинкованного листа толщиной 0,4-0,5 мм вырезаем 4 заготовки в форме равнобедренной трапеции: высота 250 мм, основание 50 мм, верхняя сторона 20 мм. Вдоль высоты трапеции сгибаем лопасти пополам (создание ребра жесткости) на угол 45 градусов (см. фото). Притупляем острые кромки и углы (для своей безопасности).

5. Установка и крепление лопастей пропеллера.
Располагаем лопасть на ступице так, чтобы точка сгиба на основании находилась над осью ступицы, а прилежащая половина основания — над крепежным отверстием ступицы (см. фото). Размечаем и сверлим в лопасти отверстие под соседний крепежный винт, диаметром 4,2 мм. Поочередно закрепляем винтами лопасти пропеллера.

6. Балансировка пропеллера.
Выполняем статическую балансировку пропеллера. Для чего устанавливаем и закрепляем пропеллер на калиброванный (шлифованный) пруток, диаметром равным диаметру выходного вала двигателя. Укладываем пруток с пропеллером на две горизонтально выверенные по уровню линейки (лекальные поверхности), расположенные по концам прутка. При этом пропеллер повернется и одна из лопастей опустится вниз. Повернем пропеллер на четверть оборота и если та же лопасть, вновь опустилась вниз, ее необходимо облегчить, отрезав узкую полоску металла с бока лопасти. Повторяем аналогичную операцию до тех пор, пока пруток с пропеллером не перестанет поворачиваться после установки в любое произвольное положение.

7. Изготовление флюгерной части ветрогенератора.
Отрезаем алюминиевый угольник 20 х 20 мм на длину 250 мм. С одной стороны угольника, на один-два винта (заклепки) устанавливаем вертикальный стабилизатор направления на ветер.

С другой стороны угольника, устанавливаем и закрепляем на два винта хомут для крепления двигателя – генератора. Хомут и стабилизатор изготовлены также из оцинкованного листа толщиной 0,4-0,5 мм (возможны варианты применяемого антикоррозионного материала). Длина хомута равна длине двигателя. Длина стабилизатора примерно 200 мм, форма на вкус изготовителя.

На нижней полке угольника, посередине расположения хомута, жестко закрепить стержень (желательно предусмотреть его антикоррозионную защиту) для установки конструкции в трубе стойки ветрогенератора. Лучшим вариантом определения точки расположения этого стержня, это определение центра тяжести предварительно и полностью собранной конструкции, с последующим сверлением там отверстия для крепления стержня.

8. Сборка ветрогенератора.
Устанавливаем двигатель – генератор на место и закрепляем его хомутом. На выходной вал двигателя закрепляем винтами пропеллер. Для защиты генератора от атмосферных осадков, из подходящего по размерам пластмассового флакона вырезаем и устанавливаем на место защитное ограждение. Крепим его винтом.

9. Отладка ветрогенератора.
Предварительно устанавливаем собранный ветрогенератор на открытое место навстречу ветру. Формируем переменный профиль лопастей. Подгибаем отогнутую часть лопастей так, чтобы на концах лопастей (узкая часть) величина отгиба составляла 10…15 градусов (минимальное сопротивление о воздух при максимальной окружной скорости на лопасти). К центру пропеллера, величина отгиба на лопасти изменяется до 30…45 градусов. При увеличении угла отгиба, повышается чувствительность ветрогенератора к ветру, но из-за увеличения сопротивления снижаются обороты генератора, что ведет к снижению выходных характеристик. Поэтому, изменяя угол отгиба лопастей подбираем на ветру оптимальный профиль.

10. Установка ветрогенератора.
Для установки ветрогенератора, из трубы (водопроводной) изготавливается стойка необходимой высоты (желательно выше окружающих деревьев) и закрепляется на объекте. Установочный стержень ветрогенератора должен свободно вращаться в трубе стойки. Перед установкой, на стержень ветрогенератора последовательно надеваются – промежуточная шайба для облегчения поворота, спиральная пружина для сглаживания остаточного дисбаланса пропеллера, защитная шайба для снижения попадания осадков в трубу стойки (в данной конструкции установлена гайка подходящих размеров).

Провод от генератора закрепляется от обрыва контактов механически, спускается по стойке с запасом по длине на возможное закручивание вокруг стойки и обязательную петлю для стекания капель от осадков перед входом к потребителю.

Источник

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