Намотка статора для ветрогенератора

(B) — я буду брать как 0.8 Тл, так как мгниты у маня толщиной 10мм, а зазор между магнитами 12 мм, если будет больше то хорошо,а так будем исходить из меньшего.

(V) — скорость движения магнитов зависит от длины окружности, по которой они описывают круг за один оборот. В с лучае с дисковым генераторам окружность берётся по середине магнитов. У нас как мы помним внешний диаметр по магнитам 214 мм, значит по середине магнита диаметр будет (214-2,5-2,5=209 мм). Чтобы узнать длину окружности воспользуемся формулой 2*πr^2 2*(3.14*(104*104)=339 мм), то есть 0.34 метра.

(L) — Активная длина проводника это та часть, которая попадает под магнит. У меня магнит по высоте 50 мм, значит активная длина 50 мм, или 0.05 метра.

Теперь соберём полученные цифры, (0.8*0.34*0.05=0.0136V), напряжение одного витка у нас получилось 0.0136V. В катушках у нас по 126, а катушек в одной фазе 4, значит (0.0136*126*4=6.8V). Таким образом напряжение одной фазы генератора при 60об/м будет 6.8 вольта. При соединении фаз звездой напряжение возрастёт в 1.7 раза,и составит 11.5 вольт. Напряжение линейно зависит от скорости движения магнитов, по этому если увеличить скорость в 5 раз, то и напряжение увеличится в 5 раз, если в 10 раз увеличить скорость, то напряжение увеличится в 10 раз. Например при 600 об/м напряжение составит 115 вольт, а при 300 об/м 57.5 вольт.

Сопротивление фазы генератора рассчитывается очень просто, нужно вычислить общую длину медного провода в фазе. У меня средняя длинна витка в катушках равна примерно 0.16 метра, значит (0.16*126*4=80.64 м). В фазе 80.64 метра провода, провод диаметром 1 мм, сопротивление одного метра провода сечением 1 мм равно 0,0224 Ом. Значит (80.64*0.0224=1.8 Ом). Сопротивление проводов различного диаметра можно посмотреть здесь Таблица сопротивлений медного провода

Расчёт мощности генератора

Теперь зная напряжение генератора, и сопротивление обмотки можно вычислить мощность генератора при разных оборотах. Напряжение генератора будет проседать до напряжения аккумулятора, а сила тока при просадке напряжения будет зависеть от сопротивления обмотки генератора. Например при 300 об/м напряжение генератора соединённого звездой 57.5 вольт, отнимем напряжение аккумулятора (13V), тогда (57-13=44V). То-есть при 300 об/м напряжение генератора при заряде акб просядет на 44 вольта. А ток заряда заряда АКБ зависит от сопротивления обмоток. При соединении звездой сопротивление увеличивается в два раза от сопротивления одной фазы, по-этому сопротивление (1.8*2=3.6 Ом). Теперь делим 44 на 3.6 и получим (44:3.6=12.2А). В итоге при 300 об/м ток зарядки АКБ составит 12.2А, а мощность (12.2*13=158 ватт).

Вот так можно вычислить мощность на любых оборотах. Но нужно ещё помнить про КПД генератора, чем больше просадка напряжения тем ниже КПД. При садке напряжения на треть КПД около 80%, а дальше он только ухудшается. Это нужно помнить при расчёте винта, чтобы подобрать правильно мощность винта, чтобы она соответствовала мощности генератора.

У меня получилась вот такая картина по мощности генератора соединённого звездой.

Начало заряда при 70 об/м 13,7 вольта.
обороты/напряжение ХХ/ток заряда/мощность

60/11,5//0/0/
120/23/2,7/36
180/34/6/77
240/46/9/120
300/57/12/160
360/69/15/202
420/80/19/243
480/92/22/285
540/103/25/326
600/115/28/368

В итоге при соединении звездой мощность не впечатлила, и слишком рано начинается зарядка АКБ. Быстроходный винт подобрать не получается, а с тихоходным обороты получаются низкие. Вообще вот когда вы рассчитаете мощность генератора, только после этого нужно подбирать винт. Винт нужно смотреть в программе, смотреть на мощность винта, его обороты, быстроходность, КИЭВ, и подгонять под генератор.

Этот генератор будет работать на АКБ 24 гораздо лучше при соединении фаз звездой, на я собираюсь заряжать 12в АКБ, по-этому придётся генератор соединить треугольником. При этом сопротивление генератора станет равно фазному, это 1.8 Ом, и напряжение станет равно напряжению одной фазы, то-есть 6.8 вольт.

Значит начало заряда при 120 об/м,
обороты/напряжение ХХ/ток заряда/мощность
120/13.6/0/0
180/20/4/53
240/27/7.8/102
300/34/11.6/151
360/41/15.5/200
420/47/19/249
480/54/23/300
540/61/27/350
600/68/30/400

Расчёт винта для ветрогенератора

Теперь когда параметры будущего генератора известны можно рассчитать винт для него. В программе по расчёту лопастей из ПВХ труб я прикинул винт диаметром 2,6 метра, с быстроходностью Z7. Я долго подгонял размеры винта, и размеры лопастей чтобы и зарядка начиналась как можно раньше, и чтобы винт был максимально эффективен в широком диапазоне.

Начало зарядки акб у меня получилось при 2,5 м/с. При 4 м/с мощность ветрогенератора составит 50-55 ватт, при этом мощность винта при 180 об/м составит 75 ватт. Запас по мощности это на КПД генератора. При 5 м/с мощность ветрогенератора составит около 100 ватт. А при 6 м/с будет уже 200 ватт, и винт будет иметь максимальный КИЭВ 0.45, обороты при этом 300-310 об/м. При 10 м/с с падением КИЭВ до 0.27 винт сможет раскрутить генератор до 600-650 об/м. Мощность у винта при этом будет около 850 ватт, а генератор сможет дать около 500 ватт мощности.

В общем с этим винтом ветрогенератор получится мощностью 500 ватт при 10 м/с, и максимальная эффективность будет при ветре 5-7 м/с. При этом работать ветряк будет с 2,5 м/с. Стартовый момент таких быстроходных лопастей очень низкий, всего 0.13 Нм, но так-как генератор не имеет залипания я думаю проблем со стартом не будет, и ветряк будет запускаться с 2-3м/с.

Ниже скриншоты из программы по расчёту лопастей. Первый это основные данные винта, а второй это данные для вырезания лопасти из трубы.

При подборе винта для генератора нужно понимать что у винта есть быстроходность, обороты, и КИЭВ, который изменяется. Например Я сначало взял винт диаметром 3 метра, посмотрел и понял что у винта не хватает оборотов при хорошем КИЭВ. Если увеличивать быстроходность то КИЭВ резко падает, а при среднем и сильном ветре у вита перебор по мощности так-как он не может крутить генератор быстро. То-есть несоответствие мощности винта и генератора, от этого общий КПД ветрогенератора очень низкий.

Тогда я стал уменьшать диаметр сначала добившись чтобы при ветре 3-4 м/с мощность генератора и винта была одинаковой. Я уменьшил винт до 2,4 метра, и поставил 5 лопастей. При слабом ветре 3-4 м/с стало не плохо, КИЭВ 0,45, но оборотов маловато. Тогда я оставил три лопасти и поднял диаметр до 2.6 метра. При этом я получил и хороший показатель на ветре 3-4 м/с с оборотами при этом ветре 120-180 с КИЭВ 0,35-0,40. И максимальная эффективность достигается при 6 м/с с КИЭВ 0,45. При этом винт максимально быстроходный, и так-сказать тяговитый в широком диапазоне ветра, и быстроходности.

Если бы я сделал тихоходный пяти-лопастной винт, то я бы получал на 30% меньше энергии в сравнении с этим трёх-лопастным. Шести-лопастной дал бы результат ещё, так-как у него обороты в два раза ниже чем у трёх-лопастного. По-этому я отказался от тихоходных винтов, что я зря такие деньги потратил на магниты, провод и прочее, чтобы потом получать намного меньше чем это возможно.

Хотя если сделать двухлопастной винт, ро можно ещё на 30% увеличить обороты и мощность ветрогенератора. Но тогда придется делать всё очень точно и сбалансировано, иначе будут вибрации при работе, что очень не приятно. Также двух и однолопастные винты сильно «колбасит» при разворотах, и это тоже неприятно. По-это трёхлопастной винт это оптимально для ветрогенератора, что в принципе давно определили производители.

Следующий этап это по имеющимся размерам сделать чертежи деталей генератора, об этом в следующей части. Чертежи деталей для генератора

Источник

Как сделать ветрогенератор из автомобильного генератора

Фото моего четвёртого самодельного ветрогенератора, подробнее про него здесь — ветрогенератор своими руками

Ниже я опишу простой пример изготовления маломощного (100-300 Ватт) ветрогенератора из автомобильного генератора, который изготавливал я. ветрогенератор своими руками это вроде-бы легко, но когда начинаешь делать возникает много вопросов, и если на них не найти ответ и делать как получится, то ничего путного н выйдет.

Автомобильный генератор легко поддаётся переделке под низко-оборотный генератор для ветряка, без всяких мультипликаторов и других сложностей. Переделка заключается в перемотке статора, и переделке ротора на неодимовые магниты, делов на пару дней и генератор готов.

Для начала работы понадобится любой авто-генератор, не важно сколько зубов на статоре и от какого автомобиля генератор, можно б/у или сгоревший. Так же понадобятся неодимовые магниты, которые можно поискать в местных магазинах радиодеталей, или заказать в интернете.

Магнитов нужно набрать на 12 или 24 магнитных полюса, в зависимости от того на сколько «зубов» статор. Можно использовать или целые магниты подходящих размеров, например 25*10*6 мм, или брать более мелкие и составлять полюса чтобы заполнить всю свободную площадь на роторе. Чем больше площадь и толщина магнитов, тем мощнее в итоге получится генератор.

Но всему есть придел, и при использовании слишком толстых и мощных магнитов будет большое залипание ротора к зубам статора. А лишнее магнитное поле выйдет за пределы статора и он станет магнитится снаружи, и это магнитное поле не будет участвовать в выработке электро-энергии. В большинстве случаев хватает даже тонких магнитов 20*10*2 мм. Подробнее смотрите как делать и расчёты генераторов в разделах сайта.

Ещё понадобится медный эмаль-провод. Если вы будете использовать магниты с силой притяжения не более 4 кг, то мотать лучше проводом 0,6мм, ну а если магниты по сильнее, то можно толщиной 0,8-1 мм мотать. Чем толще провод, тем в итоге меньше сопротивление обмотки генератора, а значит выше сила тока, но толстым проводом получится намотать меньше витков, от этого будет ниже напряжение. По-этому нужно выбирать что-то среднее, чтобы и зарядка аккумулятора начиналась уже при 200-300 об/м, и мощность генератора была высокой.

К примеру генератор можно намотать проводом 0,3 мм, тогда зарядка начнётся практически сразу как только генератор начнёт вращаться, но сила тока будет очень маленькой, а если вообще не перематывать генератор , то сила тока будет большая, но напряжения не хватит для зарядки аккумулятора, так-как ветер не сможет раскрутить винт ветрогенератора до 2000-3000 об/м. Если будете мотать проводом 0,6-0,8 мм не ошибётесь, это оптимально с магнитами 25*10*6 мм / 30*10*5 мм / 30*10*4 мм и пр. При намотке в пазы нужно вкладывать витков как можно больше, чтобы не было промежутков, так войдёт больше витков, и значит напряжение будет выше. Подробнее про расчёт генератора можно прочитать здесь — Расчёт напряжения и мощности генератора

Когда магниты и провод есть можно брать ротор и идти к токарю, чтобы он проточил ротор под магниты. Ротор нужно проточить на толщину магнитов и гильзы. Гильза нужна для замыкания магнитного поля магнитов, это увеличивает мощность и эффективность использования магнитов. Толщина гильзы обычно равна толщине магнитов. Ротор просачивается, и одевается гильза, она или приваривается или заливается эпоксидной смолой.

Кстати готовьтесь к тому что токаря не любят точить роторы авто-генераторов, так-как «крабы» стучат при обработке, а это негативно сказывается на станке. Если токарь не хочет точить «крабы» ротора, то то попросите его выточить новый ротор из цельной болванки, сразу диаметром под магниты. Когда будете точить ротор, то рассчитывайте зазор между магнитами и статором и делайте его 1 мм, например статор авто-генератора от классики внутренним диаметром 89 мм, если магниты толщиной 5 мм, то скидываем 10 мм и 2 мм на зазор, и того в общем диаметр ротора должен быть меньше внутреннего диаметра статора на 12 мм.

В случае с авто-генератором магниты нужно клеить без всякого скоса, которым снижают залипание чтобы ротор страгивался при меньшем усилии. Скос приемлем для асинхронных двигателей так-как там длинный ротор, но у авто-генератора короткий ротор и чтобы добиться ощутимого снижения залипания нужно делать скос на ширину зуб+паз. На таком скосе потеряется 30-40% мощности из-за не эффективного расположения магнитов под скосом.

Магниты на ротор обычно клеят супер-клеем, а потом обматывают скотчем и заливают эпоксидной смолой, я вообще их не приклеиваю, а просто размещаю на роторе через бумажные прокладки между магнитами чтобы они не сдвигались, а потом обматываю скотчем и заливаю эпоксидной смолой.

Как перемотать статор генератора

Новая обмотка мотается не на три зуба, а каждая катушка зуб, и катушек получится не 18 шт., а 36 шт. если статор на 36 зубов. Можно делать всыпную обмотку, то-есть сначала на самодельном станочке намотать все катушки, а потом заправлять их в пазы. Но я мотаю прямо на зубы, предварительно вставляю изоляцию из плотного картона и мотаю прямо на зуб виток витку. Так получается ровнее и плотнее, правда времени надо много на этот кропотливый процесс, но так и меньше меди уходит и сопротивление генератора меньше из-за небольших лобовых частей катушек. Количество витков чем больше влезет тем лучше, чем больше меди, тем эффективнее генератор в общем.

Катушки мотаются по трехфазной схеме, все в одном направлении. Для примера если генератор на18 зубов, первая фаза 1,4,7,10,13,16 зуб, вторая 2,5,8,11,14,17 зуб третья 3,6,9,12,15,18 зуб. После намотки статор обычно пропитывают лаком, а я просто обмазываю эпоксидной смолой. Начала и концы фаз лучше вывести наружу генератора, должно быть шесть проводов, а далее уже соединять звездой или треугольником. Подробнее можно посмотреть здесь о схемах соединения Как сделать ветрогенератор из автомобильного генератора

Соединение обмоток трёх-фазного генератора

Звездой соединяется так: все начала или концы вместе, а оставшиеся три вывода на диодный мост. Звезда дает большее напряжение на тех-же оборотах в сравнении с треугольником, по-этому зарядка начинается раньше, а треугольник дает больший ток, но начало зарядки на более высоких оборотах. Разница между звездой и треугольником по току и напряжению примерно в 1.7 раза.

Треугольником соединяется так: конец первой фазы с началом второй, а конец второй с началом третьей, а конец третьей с началом первой, эти три точки на диодный мост Ларионова, это штатный мост авто-генератора.

Когда с генератором будет окончено, то-есть он работает и генерирует электроэнергию, кстати его покрутить желательно и измерить все данные. У вас должно получится при 300об/м порядка 20-30 вольт в холостую и 2-4 Ампер на АКБ. Если так, то с генератором всё в порядке. Померяйте момент страгивания ротора, если он около 0,2-0.4 Нм то всё хорошо, а если больше, то могут возникнуть проблемы со стартом винта на слабом ветре. Как сделать раму с хвостом и поворотную ось вы наверно и сами додумаете. А вот винт это дело сложное, и о нём немного по подробнее.

Изготовление лопастей ветрогенератора

Самодельные винты для ветрогенераторов небольшой мощности обычно делают из ПВХ труб 110, 160 мм. Я кстати делал ещё и из обычной оцинкованной жести диаметром до 1,2 м, но лучше трубы по прочности и простоте изготовления вроде ничего нет. Хотя можно изготовить деревянные лопасти, или стекло-пластиковые, или купить готовые подобранные под мощность и обороты генератора.

Винты для ветрогенераторов обычно рассчитывают так чтобы получить максимум мощности на определенных ветрах. От формы и геометрии лопасти сильно зависит так называемый КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра). Но в расчёты вдаваться не будем, так-как есть уже готовый рассчитанный винт из ПВХ трубы диаметром1,5 м. На фото данные для изготовления лопастей.

Координаты для вырезания лопасти из трубы

Кстати его можно вырезать и из110-й трубы, просто в полтора раза уменьшить размеры, и винт будет прекрасно работать. Но 110-я труба имеет толщину стенки всего 3.2 мм, и на сильном ветру будет проявляться так называемый флаттер — рычание винта на больших оборотах из за прогиба лопастей, поэтому лучше делать из160-й трубы с толщиной стенки 4,9мм, с ней эффект флаттера не наблюдается.

Ниже новые фотографии моего генератора, от скуки решил поэкспериментировать с магнитами ротора, и заодно сделать фотографии ветрогенератора.

Автомобильный генератор

Автомобильный генератор

Переделка автогенератора на магниты

Самодельный ветрогенератор

Самодельный ветрогенератор

Конструкция ветряка

ветрогенератор

Далее на фото уже два моих ветряка, правда мачты и ветряки еще не покрашены.

Ветряки на даче

На этом пока заканчиваю, подробнее об этих ветряках и о других смотрите в разделах, так-же если кому нужны расчёты предлагаю далее посмотреть другие статьи.

Расчет лопастей из ПВХ труб В статье много готовых, рассчитанных винтов для выбора под ваши ветрогенераторы. А так-же таблицы расчетов. Рассчитанные винты имеют все нужные данные включая координаты лекала лопастей для вырезания из труб.

Расчет складывающегося хвоста Защита ветрогенератора от сильного ветра методом смещения ветроголовки относительно поворотной оси и складывающимя хвостом. Таблицы расчета эксель, а так же формулы и описание принципа работы данной конструкции защиты ветряка от урагана.

Расчет генератора Простой пример расчета основных параметров трехфазного генератора на постоянных магнитах. Я постарался написать как можно понятнее для начинающих процесс расчета и что к чему, от чего зависят параметры генератора.

Источник