Для завершения процесса изготовления статора необходимо произвести четыре намотки медного провода, каждая из которых включает в себя 300 витков. Получившиеся катушки укладываются в статор и затем последовательно соединяются между собой с помощью пайки. Концы этих катушек выводятся к проводам для подключения.
Самодельный ветрогенератор: принцип работы, как сделать своими руками?
Самодельный ветрогенератор представляет собой установку, предназначенную для генерации электрической энергии за счет использования энергии ветра. Подобные устройства часто служат альтернативным источником электроэнергии. Ветрогенератор, изготовленный своими руками для нужд домашнего хозяйства, способен полностью удовлетворить потребности в электроэнергии семьи, состоящей из нескольких человек. Такие установки оказываются весьма эффективными для выработки электроэнергии в населенных пунктах, находящихся далеко от централизованных энергосетей. Ветрогенератор приводится в движение силой ветра, которая затем преобразуется в энергию вращательного движения. Установки мощностью до 30 кВт могут использоваться в качестве автономных источников электричества как для потребностей жилых, так и для промышленных объектов.
С целью обеспечения частного дома электроэнергией можно использовать вертикальный ветрогенератор мощностью до 2 кВт. Принцип работы ветряной установки заключается в преобразовании кинетической энергии воздушного потока в механическую энергию, которая вращает лопасти. Полученная механическая энергия, в свою очередь, инициирует вращение ротора и генерирует электрический ток.
Стандартный ветрогенератор включает в себя следующие основные узлы:
- вращающиеся лопасти;
- ротор турбины;
- генератор и его ось;
- инвертор, который преобразует переменный ток в постоянный;
- аккумулятор для хранения энергии.
Ветрогенератор может быть дополнительно оснащен контроллером. Самодельный контроллер для ветрогенератора служит для зарядки батареи и контроля её состояния. Когда аккумулятор полностью заряжен, контроллер автоматически отключает работу ветряка для предотвращения перезарядки.
Работа ветряного генератора организована следующим образом: при вращении ротора образуется трехфазный переменный ток, который направляется через контроллер и затем подзаряжает батарею, которая, в свою очередь, обеспечивает электрической энергией освещение и электропитание для таких домашних приборов, как телевизор, холодильник и другие устройства.
Виды ветрогенераторов
Ветрогенераторы можно классифицировать по следующим параметрам:
- количество лопастей;
- материалы изготовления;
- ориентация оси вращения относительно поверхности земли;
- шаговой признак винта.
Модели с большим количеством лопастей обладают большей эффективностью по сравнению с двух- или трехлопастными установками, так как они начинают движение даже при небольших порывах ветра. Лопасти могут быть жесткими или парусными. Жесткие лопасти обычно изготавливаются из металла или стеклопластика. По направлению оси вращения ветрогенераторы подразделяются на вертикальные и горизонтальные.
Наиболее распространены ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения ротора. Эти установки характеризуются высоким коэффициентом полезного действия (КПД), повышенной защитой от ураганных порывов ветра и простотой регулировки мощности. Вертикальные ветрогенераторы просты в установке и почти бесшумны, что позволяет им работать даже на небольших порывах ветра.
Модель на неодимовых магнитах
В последнее время самодельные ветрогенераторы на неодимовых магнитах получили большую популярность в различных регионах России. При создании такого устройства необходимо использовать ступицу от автомобиля с тормозными дисками. Перед началом работы эту деталь лучше разобрать и проверить на исправность, а также смазать подшипники и очистить от ржавчины.
Неодимовые магниты необходимо наклеить на диски ротора. Например, можно использовать двадцать небольших магнитов. При выборе количества магнитов важно помнить, что для однофазного генератора количество полюсов должно соответствовать числу магнитов. Для трехфазной модели это соотношение может быть 2 к 3 или 4 к 3. Установка магнитов должна осуществляться с чередованием их полюсов, чтобы избежать ошибок; рекомендуется использовать прямоугольные магниты. Для надежного крепления магнитов стоит применять качественный клей.
Также доступен видеоролик по сборке такого генератора:
Генератор на магнитах будет функционировать эффективно, если катушки статора будут правильно рассчитаны. Из практики известно, что для зарядки 12В аккумулятора в катушках необходимо равномерно распределить около 1000 витков. Для намотки катушек следует использовать толстые проводники, что поможет снизить сопротивление. Высота мачты ветрогенератора должна составлять не менее шести метров. Также нужно подготовить яму, которая будет заделана бетоном для поддержки мачты. Лопасти для устройства можно изготовить из поливинилхлоридных труб.
Модель из автомобильного генератора
Создание самодельного ветрогенератора на основе автомобильного генератора предполагает использование комплектующих с одного автомобиля, таких как аккумулятор, реле и т.д. Лучше всего для этой цели подойдет автомобильный генератор от мощной техники, например, от трактора.
Так как потребителям требуется переменный ток, необходимо предусмотреть инвертор или преобразователь. В районах с высокой ветровой нагрузкой возможно установка ветрогенераторов для генерации значительных мощностей.
Для сборки такой модели понадобятся следующие компоненты:
- автомобильный генератор на 12 В;
- аккумулятор;
- вольтметр;
- релевый контроллер зарядки;
- лопасти;
- крепежные материалы.
Ветрогенератор на 220В полностью своими руками
Если вы жили в районе, где есть свободный доступ к ветру, это отличная возможность воспользоваться этим и построить небольшой ветряк. Такой ветрогенератор станет источником бесплатной электроэнергии, производящейся круглосуточно. Предлагаемая конструкция ветряка выдает напряжение 220В, что позволяет подключать его к некоторым низкотребовательным потребителям напрямую без необходимости в дополнительном оборудовании.
Материалы:
- Туристический газовый баллон;
- листовая сталь толщиной 1–2 мм;
- болты и гайки М6;
- магниты от электровелосипеда – 16 шт.;
- эмалированная медная проволока;
- эпоксидная смола;
- профильная алюминиевая труба размером 10х10 мм;
- пластиковая канализационная труба 110 мм.
Для изготовления ветряка нужно вырезать из туристического газового баллона или трубы диаметром 200 мм два кольца шириной 10 и 25 мм.
Затем необходимо вырезать заглушки из листовой стали под оба кольца, которые будут вварены в них.
Центр детали из широкого кольца необходимо просверлить, чтобы осуществить монтаж вала ветряка. Этот элемент будет служить корпусом для статора.
Вторая заготовка будет использоваться для ротора. Её нужно разделить на три равные сектора, а на полученных линиях приварить по два болта, к которым будут крепиться лопасти.
В центре детали ротора внутренняя часть приваривается под прямым углом к валу, который обеспечит вращение. Вал можно отрезать, например, от якоря любого сгоревшего мотора.
Под вал ветряка необходимо установить два подшипника, которые можно извлечь с мотора донора, либо использовать готовые. Подшипники проставляются в трубки. Если трубы нужного диаметра нет, можно разрезать имеющуюся широкую трубу, сузить её и заварить.
Классификация ветровых электростанций для частного дома
Агрегат, преобразующий кинетическую энергию ветра в механическую энергетику вращающегося ротора и затем в электрическую энергию, имеет несколько наименований – ветрогенератор, ветроэлектрическая установка (ВЭУ), более бытовое название – ветряк. Эти устройства классифицируются на три категории: промышленные (для работы на производственных объектах); коммерческие (вырабатывающие электричество на продажу); и бытовые (для личного использования).
Исходя из расположения оси основного ротора, существуют два типа ветрогенераторов – вертикальные и горизонтальные. У вертикального типа ось турбины установлена вертикально относительно земли, что позволяет ему функционировать даже на слабом ветре.
Горизонтальные ветрогенераторы имеют ось вращения ротора, параллельную поверхности земли. Эти установки обладают значительно большей мощностью преобразования ветровой энергии в электрическое напряжение. Ранее их предшественники не вырабатывали электричества, но использовались для таких полезных дел, как перемалывание муки, подача воды и многих других.
Ветрогенератор представляет собой отличное решение для обеспечения загородного дома электроэнергией. В некоторых случаях иного выхода нет.
Базовое устройство и принцип действия ветряков-генераторов
Каждый ветрогенератор преобразует энергию воздушного потока в электроэнергию. Под воздействием ветра крыльчатка любой конструкции начинает вращаться, передавая вращение через трансмиссию на ротор электрической машины, где происходит производство электрического тока. Электрические машины могут быть различных типов: можно интегрировать ветрогенератор с мотором от стиральной машины или создать самодельный генератор на основе неодимовых магнитов.
Схемы и чертежи
Генератор как устройство вырабатывает переменный ток, который необходимо преобразовать в постоянный и адаптировать до нужного напряжения. Если мотор-генератор выдает, скажем, 40 В, то это значение вряд ли подойдет для большинства бытовых электроустройств, которые используют 5 или 12 вольт постоянного тока или 127/220 вольт переменного тока.
Одной из проверенных временем схем всей установки являются: выпрямитель, контроллер, аккумулятор и инвертор. В качестве буферного накопителя энергии используется автомобильный аккумулятор ёмкостью 55-300 ампер-часов. Рабочее напряжение аккумулятора колеблется от 10,9 до 14,4 В при циклической зарядке (полный цикл зарядки и разрядки) и от 12,6 до 13,65 В при буферной зарядке (порционная, при необходимости дозарядить частично разряженный аккумулятор).
Контроллер преобразует, к примеру, напряжение 40 вольт в 15. Его КПД по вольт-амперажу составляет обычно 80-95% — без учёта потерь на выпрямителе.
Наибольшая эффективность достигается при использовании трехфазного генератора — его потери на 50% меньше по сравнению с однофазным, и он не вибрирует при работе, так как вибрация может расшатывать конструкцию и сокращать срок службы оборудования.
Катушки в обмотке каждой из фаз чередуются и соединены последовательно — как и полюса магнитов, обращенные одной стороной к катушкам.
Основная задача инвертора – преобразовать постоянное напряжение порядка 12 вольт, поступающее от аккумулятора, в переменное напряжение порядка 220 вольт.
Современные бытовые устройства и электроника могут функционировать, начиная с 110 вольт (стандарт, используемый в США) до 250 вольт — превышение этих показателей для работы сетевых приборов нежелательно. Все преобразователи являются импульсными; по сравнению с линейными их потери на тепло значительно меньше.
Этапы изготовления
Для внесения изменений в конструкцию асинхронного мотора выполните следующие шаги.
- Разберите мотор и извлеките ротор.
- Удалите пластины с якоря ротора. Сильно подрежьте их, чтобы углубить на 2 мм.
- Проточите пазы глубиной до 5 мм — для установки магнитов.
- Разметьте полосу жести под магнитные элементы. Заботьтесь о равномерных отступах — это поможет избежать потерь мощности.
- Приклейте магниты к полосе жести с помощью суперклея. Закрепите полосу с магнитами на якоре.
- Заполните пространство между магнитами холодной сваркой или эпоксидным клеем.
- С помощью наждачной бумаги уберите заусенцы и неровности на роторе.
- Проверьте подшипники и болты мотора и при необходимости замените их.
Соберите мотор-генератор. Теперь ваше устройство готово к дальнейшему монтажу. Для проверки системы зажмите вал в патроне дрели или шуруповёрта и разгоните его до 1000 оборотов в минуту.
Если на концах обмотки измеряется напряжение от 110 вольт, это можно считать приемлемым результатом.
При меньших значениях проблема может заключаться в неравномерном чередовании магнитов вокруг окружности вращения якоря.
Для сборки ветроустановки выполните следующие действия.
- Из трубы ПВХ диаметром 11-16 см вырежьте одинаковые куски, длина которых соответствует будущим лопастям.
- На каждом отрезке проведите произвольную линию и отступите от неё с обеих сторон 22 мм, тем самым ширина одной лопасти составит 44 мм. Повторите это же действие и для противоположного конца отрезка.
- Соедините крайние точки с одной стороны центральной линии.
- На другой стороне нанесите координаты будущей лопасти.
- Вырежьте форму лопасти и закруглите её свободный конец, обрабатывая его. Повторите эту процедуру для остальных лопастей.
- Закрепите лопасти на ступице, используя переходник-втулку. Подойдут болты с гайками и пружинящими шайбами. Ширина каждой лопасти по всей длине будет варьироваться от 44 до 88 мм.
Этого будет достаточно, чтобы ветер со скоростью 3 м/с смог закрутить крыльчатку. Получившаяся конструкция должна быть отбалансирована; правильный баланс предотвратит образование мёртвых точек, которые тормозят генератор при вращении пропеллера.
Мотор-генератор с установленной крыльчаткой может быть заключен в защитный корпус, оберегающий его от атмосферных осадков. Конечно, сохранение устройства в сухом состоянии при любой погоде значительно увеличивает его срок службы. Для сборки защитного кожуха сделайте следующее:
- В трубе диаметром от 7,5 см вырежьте продольную канавку шириной 2 см;
- Обрежьте задний конец разрезанной трубы под углом 45 градусов;
- Поместите мотор-генератор с пропеллером в эту трубу и надежно закрепите её на нём.
Для свободного поворота двигателя потребуется шарнирное соединение, выполненное на основе шарикоподшипников, как в бытовом вентиляторе. Оно должно обеспечить возможность бесконечного поворота в любую сторону.
Чтобы предотвращать наматывание и перекручивание кабеля, с помощью которого снимаются наведенные в обмотке статора токи, соединение в шарнире должно быть скользящим, обеспечивая при этом надежный контакт между мотором-генератором и функциональными узлами схемы, которые расположены далее.
Для обеспечения наилучшего контакта подойдут позолоченные клеммы, извлеченные из любой старой бытовой техники.
Запуск и оценка эффективности
Даже если ветрогенератор был собран по всем необходимым правилам, ошибочный выбор места для установки мачты может серьезно повлиять на эффективность работы устройства. Необходимо, чтобы элемент стоял вертикально. Генератор вместе с лопастями лучше разместить на максимально возможной высоте — в месте, где есть сильные ветры. Вблизи не должно находиться больших зданий, деревьев и других объектов, способных затенять потоки воздуха. Если поблизости имеются такие помехи, необходимо рассмотреть возможность установки генератора на определенном расстоянии от них.
После начала работы установки следует подключить мультиметр к ветви генератора и проверить наличие напряжения. Если измерения показывают его наличие, систему можно считать готовой к полноценной эксплуатации. После этого остается разобраться, какое именно напряжение поступит в дом и каким образом это будет происходить.
Процесс подключения в доме
После того как вы построили практически бесшумный ветряк с хорошей мощностью, необходимо подключить его к бытовым устройствам. При сборке такого устройства стоит заранее позаботиться о покупке инверторного преобразователя с эффективностью 99%. Таким образом, потери на переходе постоянного тока в переменный будут минимальными, а в корпусе должны присутствовать три узла:
- Аккумуляторный блок, который накапливает избыточную энергию, производимую устройством.
- Контроллер заряда, способствующий продлению срока службы аккумуляторов.
- Преобразователь, выполняющий преобразование постоянного тока в переменный.
Можно устанавливать оборудование для питания осветительных приборов и бытовой техники, которые могут работать на напряжении 12–24 Вольт. В таких случаях необходимость в инверторном преобразователе отсутствует. Для приборов, используемых для приготовления пищи, лучше всего выбрать газовое оборудование, подключенное к баллону.
