Низкооборотные генераторы для ветряков

Низкооборотный генератор тока

Сделать безопасный и практичный ветрогенератор вполне можно самостоятельно в домашних условиях
Ветер, как бесконечный источник энергии, находит все большее распространение. Особенной популярностью такой источник альтернативной энергии пользуется в отдаленных регионах (например, Тайге), на полярных станциях. Кроме того, все чаще бытовые ветрогенераторы изготавливают и загородные жители. Какие виды ветряков существуют и как собрать устройство для преобразования ветровой энергии своими руками – читайте ниже.

На чем основана ветровая генерация

Ветровая генерация – это способность получать электричество из энергии ветра. Ветрогенератор – это, по сути, солнечный генератор: ветра образуются из-за неравномерного прогрева поверхности Земли солнцем, вращения планеты и ее рельефа. Генераторы используют движение воздушных масс и преобразовывают его в электричество посредством механической энергии.

В среднем, один ветряк на 20 кВт может обеспечить электроэнергией один небольшой поселок.

На основе принципа ветрогенерации может быть построена как целая электростанция, так и возведены автономные устройства для обеспечения электричеством отдельных районов и даже домов. На сегодня, 45% всей энергии вырабатывается с помощью ветряных генераторов. Самая большая ветроэлектростанция находится в Германии, и каждый год производит до 7 млн. кВт энергии в час. Поэтому, все чаще, владельцы загородных домов в далеких регионах и селах задумываются об использовании ветровой энергии в бытовых целях. При этом, ветряки могут использоваться как единственный, так и дополнительный источник энергии.

Ветряной генератор: принцип работы, виды устройств

Большинство ветряков представляют собой стальную башню – мачту, на вершине которой закреплено три лопасти. Современный бытовой ветровик на 5 kw второй величины может легко генерировать до 5000 Вт электроэнергии. Этого вполне хватает для обеспечения электричеством жилого дома, дачи. Аксиальный генератор выдает до 500 Вт/ч. Самый мощный в мире ветряной генератор – 8 МВт.

Современная ветротурбина может иметь:

• Горизонтальную ось вращения;
• Вертикальную ось вращения.

Горизонтальный ветровик имеет ось, которая вращается параллельно земли (как обычная мельница). Вертикальные ветрогенераторы могут иметь как лопасти, так и роторы, которые движутся параллельно земли.

Энергосберегающие трубы просто незаменимы. Они позволяют сохранять и энергию и ваш бюджет. Полная информация в нашей статье:

Роторы могут различаться по форме и размерам, и делятся на:

• Устройства Савониуса (роторы выполнены в виде полуцилиндров);
• Роторы Угринского (улучшенные роторы полуцилендриеского типа);
• Роторы Дарье (могут быть винтообразные, выгнутые и Н-образные);
• Многолопастные ветрогенераторы (используются в ветряках карусельного типа);
• Геликоидные роторы (имеют конусный ротор).

Часто вертикальные ветрогенераторы юла-образные (примером может служить роторный ветрогенератор “Чингисхан”). Наиболее эффективным устройством своей группы считается многолопастная конструкция типа волчок.

Что представляет собой тихоходный ветряк?

Большинство вариантов тихоходных ветряков представляют собой модифицированные образцы базовых типов крыльчатки. Используются горизонтальные виды, имеющие большую эффективность, но нуждающиеся в подъеме на достаточно большую высоту.

Для тех, кто не имеет возможности пользоваться высокими мачтами, оптимальным вариантом становится использование вертикальных конструкций ротора. Они не способны к вращению на высоких скоростях, что как раз и требуется в сложившейся ситуации. При этом, возможности, демонстрируемые вертикальными конструкциями, подтверждают реальность вращения при скорости ветра от 2 или даже 1,4 м/с.

Роторные вертикальные образцы не требовательны к выбору положения относительно потока, поэтому могут эффективно использоваться на относительно небольшом удалении от поверхности земли. Возникающая турбулентность, снижающая работоспособность горизонтальных устройств, для вертикальных конструкций не страшна и воспринимается ими как обычные потока ветра. Простота и надежность вертикальных конструкций снискали заслуженную популярность среди самодеятельных конструкторов.

Самодельный ветрогенератор: достоинства и недостатки

Установка ветряка может понадобиться в том случае, если к вашему участку не подведено электричество, в сети электропередач постоянно возникают перебои или вы хотите сэкономить на оплате электроэнергии. Ветряк можно приобрести, а можно изготовить своими силами.

Самодельный ветрогенератор обладает такими достоинства:

• Он позволяет сэкономить средства на покупку заводского устройства, ведь изготовление чаще всего производится из подручных деталей;
• Идеально подходит под ваши потребности и условия эксплуатации, ведь мощность устройства вы рассчитываете самостоятельно, учитывая плотность и силу ветра в вашем регионе;
• Лучше гармонирует с оформлением дома и ландшафтным дизайном, ведь внешний вид ветряка зависит только от вашей фантазии и умений.

К недостаткам самодельных устройств можно отнести их ненадежность и недолговечность: часто самоделки делают из старых двигателей от бытовых приборов и машин, поэтому они быстро выходят из строя. Вместе с тем, для того, чтобы ветродвигатель был эффективным, необходимо правильно произвести расчет мощности устройства.

Как изготовить солнечные батареи самостоятельно вы узнаете, прочитав статью:

Как сделать ветряк своими руками

Для того, чтобы сделать ветряной генератор своими руками, следует точно знать какие детали в его конструкции существуют, и за что они отвечают. Так можно будет понять, чем заменить некоторые детали, которые сложно найти в домашних условиях.

Любая ветроустановка имеет в своей конструкции:

• Лопасти, которые вращаются;
• Вырабатывающий переменный ток электрогенератор;
• Контроллер – приспособление, которое преобразовывает механическую энергию от лопастей в ток;
• Инвертор – устройство, которое преобразовывает постоянный ток в переменный;
• Аккумуляторные батареи;
• Мачта.

Простой маленький ветрячок можно изготовить, взяв за основу бытовой вентилятор. Некоторые умельцы приспосабливают под мини-ветряк старый компьютерный кулер. Правда мощность такого ветродуйка не будет превышать и 100 Вт. Когда для энергоснабжения небольших и домов среднего размера нужен ветрогенератор с мощностью в 5 кВт, а для коммерческих объектов – в 10 кВт.

Способ намотки катушки статора ветряка

Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.
Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.

Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.

Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.

Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.

Электрогенератор своими руками: расчет мощности устройства

Изготовление любого ветряка для частного использования начинается с подготовительного этапа – расчета мощности устройства. Так, например, для работы водяного отопления нужно будет установить ветряк высотой не менее 5-6 метров. При этом, использовать для обогрева лишь энергию ветра не получиться: скорость ветра достаточно переменчива. А вот в качестве дополнительного источника, который позволит сэкономить средства, использовать ветер можно.

Чтобы самому рассчитать мощность ветрогенератора, следует определить силу воздушного потока.

Для этого можно воспользоваться многочисленными формулами, которые представлены в сети. Наиболее простым решением будет использование калькулятора, который рассчитывает силу ветра самостоятельно. Вам, при этом, нужно будет лишь вбить в программу нужные значения. Чаще всего это: площадь, на которую дует ветер, плотность и скорость ветра.

Узнать среднюю скорость воздушных масс в своем регионе, можно обратившись в метеослужбу.

Кроме того, для работы понадобится электрическая схема ветряка, подробные чертежи конструкции, которые можно нарисовать на обычном листе бумаги или визуализировать при помощи компьютерной программы для трехмерного моделирования.

О принципе работы солнечных батарей вам подробно расскажет наша следующая статья:

Какой выбрать генератор для ветряка

Бытовые ветряки должны быть малошумные. Поэтому, лучше использовать в качестве генератора для ветроустановок малооборотный (тихоходный) двигатель. Такой двигатель способен совершать от 350 до 700 оборотов в минуту. Кроме того, низкооборотный двигатель можно использовать даже на однолопастном ветряке. Также малооборотистый генератор можно делать из шагового двигателя.

Чтобы повысить обороты ветряка можно использовать мультипликатор: он позволит ускорить вращение лопастей в 5-10 раз.

Особой популярностью пользуются дисковые двигатели на неодимовых магнитах. Магниты, при этом, могут быть разных размеров и, соответственно, мощности. Изготавливается такой генератор достаточно просто, но себестоимость его достаточно высока.

Для того, чтобы запустить пропеллер можно использовать педальный велогенератор.

Многие делают маломощный генератор из бензогенератора, автомобильного или тракторного генератора, аккумулятора от шуруповерта. При этом следует учитывать, что на конструкцию с генератором из тракторного и автогенератора нужно будет установить редуктор, понижающий обороты.

Как использовать энергию слабых ветров?

Использование слабых потоков ветра может вестись по двум направлениям:

• применение конструктивно отличающихся от распространенных образцов устройств
• использование более производительных генераторов, способных вырабатывать достаточное количество энергии на низких скоростях вращения

Практика показывает, что вести поиск следует по обоим направлениям. Разработка новых вариантов крыльчатки, способной уверенно вращаться на слабых потоках, ведется постоянно, и уже имеется немало опытных образцов, демонстрирующих вполне удачные результаты.

Не менее активно ведутся разработки производительных генераторов, дающих возможность использовать слабые ветра как источник энергии. Так, аксиальные генераторы на неодимовых магнитах дают большой эффект и позволяют получать неплохое количество энергии. Некоторые мастера отмечают возникающую необходимость ограничивать возможность ускорения вращения ротора, т.е. нужна стабильность движения.

Варианты ротора, способные к эффективной работе на слабых ветрах, известны уже не первое десятилетие. В настоящее время могут быть использованы конструкции Третьякова, Онипко, высокой эффективностью отличаются парусные ветротурбины. Комплексный подход к модернизации конструкции ветрогенераторов, когда одновременно подвергаются модификации и крыльчатка, и генератор, дает положительный результат.

Ситуацию в некоторой степени осложняет неофициальный характер производимых работ. Если изобретатель захочет поделиться с общественностью своими находками, то все о них узнают, но если он не сочтет нужным обнародовать свои изыскания, то информация станет закрытой от обсуждения и осмысливания.

Ветрогенераторы своими руками на 220 в

Для того, чтобы собрать ветроуловитель нам понадобятся: генератор на 12 вольт, аккумуляторные батареи, преобразователь с 12 v на 220 в, вольтметр, медные провода, крепежи (хомуты, болты, гайки).

Изготовление любого ветряка предполагает наличие таких этапов как:

1. Изготовление лопастей. Лопасти вертикального ветрогенератора можно сделать из бочки. Нарезать детали можно при помощи болгарки. Винт для небольшого ветряка можно изготовить из трубы ПВХ с сечением в 160 мм.
2. Изготовление мачты. Мачта должна быть высотой не менее 6 метров. При этом, для того, чтобы крутящее усилие не сорвало мачту, ее необходимо закрепить ее на 4 растяжки. Каждую растяжку, при этом, нужно намотать на бревно, которое следует закопать глубоко в землю.
3. Установка неодимовых магнитов. Магниты наклеиваются на диск ротора. Лучше выбирать прямоугольные магниты, магнитные поля в которых сосредотачиваются по всей поверхности.
4. Намотка катушек генератора. Намотка выполняется медной нитью с диаметром не менее двух мм. При этом, мотков должно быть не более 1200.
5. Фиксация лопастей к трубе при помощи гаек.

При наличии мощных аккумуляторных батарей и инвертора, полученное устройство сможет выработать такое количество электричества, которого будет достаточно для использования бытовой техники (например, холодильника и телевизора). Отлично подойдет такой генератор для поддержания работы систем освещения, отопления и вентиляции небольшого дачного домика, теплицы.

Основные характеристики

Для того, чтобы определиться в целесообразности изготовления генератора на неодимовых магнитах, нужно рассмотреть основные характеристики данного материала, которыми являются:

• Магнитная индукция В — силовая характеристика магнитного поля, измеряется в Тесла.
• Остаточная магнитная индукция Br — намагниченность, которой обладает магнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю, измеряется в Тесла.
• Коэрцитивная магнитная сила Hc — определяет сопротивляемость магнита к размагничиванию, измеряется в Ампер/метр.
• Магнитная энергия (BH)max -характеризует, насколько сильным является магнит.
• Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции Tc of Br – определяет зависимость магнитной индукции от температуры окружающего воздуха, измеряется в процентах на градус Цельсия.
• Максимальная рабочая температура Tmax — определяет предел температуры, при которой магнит временно теряет свои магнитные свойства, измеряется в градусах Цельсия.
• Температура Кюри Tcur — определяет предел температуры, при которой неодимовый магнит полностью размагничивается, измеряется в градусах Цельсия.

В состав неодимовых магнитов, кроме неодима входит железо и бор и зависимости от и их процентного соотношения, получаемое изделие, готовый магнит, различается по классам, отличающимся по своим характеристикам, приведенным выше. Всего выпускается 42 класса неодимовых магнитов.

Достоинствами неодимовых магнитов, определяющими их востребованность, являются:

• Неодимовые магниты обладают наиболее высокими магнитными параметрами Br, Нсв, Hcм , ВН.
• Подобные магниты имеют более низкую стоимость в сравнении с подобными металлами, имеющими в своем составе кобальт.
• Обладают способностью работать без потерь магнитных характеристик в температурном диапазоне от – 60 до + 240 градусов Цельсия, с точкой Кюри +310 градусов.
• Из данного материала возможно изготовить магниты из любой формы и размеров (цилиндры, диски, кольца, шары, стержни, кубы и др.).

Источник