Ветряк с генератором постоянного тока

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

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