Ветрогенератор из мотор-колеса

В коммерческих ветрогенераторах чаще всего используют винтовые пропеллерные двигатели – у них максимальный КПД, доходящий до 49%. Это весомое преимущество, и свой третий или четвертый по счету ветряк вы можете попытаться изготовить по пропелерной схеме — но винтовые двигатели значительно сложнее изготовить, поэтому если вы хотите сделать свой первый самодельный ветрогенератор, т.е. не покупать готовый, а именно сделать ветрогенератор своими руками, лучше начать с классических конструкций на роторном двигателе, выглядит она так:

Однако не стоит думать, что необходимо поднять ветряк как можно выше любой ценой – на самом деле скорость ветра пропорциональна корню седьмой степени от высоты – выгода не большая, но с точки зрения монтажа это весьма существенно!

Один только плюс – если ветро энергетическая установка (ВЭУ) высоко поднятая над землей, то она будет выполнять функцию молниеотвода, а это для сельской местности бывает полезно.

До недавнего времени главной проблемой в строительстве ветрогенераторов являлся выбор (или самостоятельная постройка) генератора электрического тока, подключаемого к шкиву ветрогенератора – всегда легче использовать готовую конструкцию, чем собирать и наматывать обмотки самостоятельно.

И все поменялось с появлением мотор-колес для электровелосипедов и электроскутеров – это идеальные генераторы для домашней ветроэнергетики! В терминах ветроэнергетики правильнее всего принимать мотор колесо за «многополюсной тихоходный генератор», посмотрим, как оно устроено, самое простое и дешевое мотор-колесо для электровелосипеда:

Как мы видим, в зависимости от конструкции, это от 30 до 50 ниодимовых магнита, закрепленных на вращающемся статоре и неподвижный ротор с тремя независимыми обмотками. Каждая обмотка намотана 4-9 параллельно соединенными (для лучшего заполнения паза) проводами, суммарный диаметр около 3-4мм. Посмотрим, что стоит отметить особо важным для самостоятельного строительства ветрогенератора из мотор-колеса?

1.В режиме генератора, любое мотор колесо начинает выдавать ток сразу же, «с пол оборота!»

2.Выдаваемое напряжение пропорционально скорости вращения – учитывайте это при выборе контроллера.

3.Снимаемую мощность можно увеличить, подключая дополнительные обмотки!

4.Можно затормозить мотор-колесо закоротив обмотки между собой – с обмотками ничего страшного не случится, электротормоза такой конструкции давно используются на электровелосипедах и электроскутерах.

5.Внутри мотор-колеса для электровелосипеда обмотки чаще бывают соединены по схеме «звезда». А мотор колеса для скутеров и, особенно, мотор колеса для электросамокатов имеют соединение обмоток по схеме «треугольник» — имейте в виду это при конструировании! Хотя, залезть в мотор-колесо и перепаять обмотки не представляет никакого труда, все эти мотор колеса очень легко открываются!

6.Мотор колеса отличаются по весу и условно делятся на три класса: 4.5-6кг имеют паспортную мощность около 600 – 1000 вт, в случае их использования по назначению, и КПД порядка 85%.
Мотор-колеса весом от 8 до 10 кг мощностью около 1500 – 2000 ватт. И самые мощные, до 24 кг включительно, рассчитаны на мощность до 8000 ватт.

7.Цена на голое мотор колесо (т.е. в комплекте нет ничего кроме самого мотор колеса), которое имеется в наличии .

8.Максимальные обороты мотор-колес при эксплуатации по прямому назначению — от 200 до 400 оборотов в минуту.

Теперь поговорим о конструкциях роторов для ветряков с мотор-колесом. Естественно, конструкция их может быть абсолютно любая, никаких ограничений нет. Но, какие-то подходят лучше и считаются проще для самостоятельно изготовления своего первого ветрогенератора. Абсолютным лидером тут являются вертикальные конструкции с ротором Савониуса. Этот тип конструкции очень прочен и долговечен, если построен правильно, имеет относительно небольшую скорость вращения, что важно именно в конструкции с мотор-колесом в качестве электрогенератора. Ротор Савониуса может быть легко изготовлен в домашних условиях, без возни с аэродинамическим профилем крыла и другими проблемами, связанными с изготовлением горизонтальной «пропеллерной» турбины. Более того, в отличие от турбины с горизонтальной осью, ротор Савониуса всегда ориентирован по ветру, и не сильно зависит от турбулентности, что иногда бывает сильным подспорьем.
К недостатком роторов Савониса (а их достаточное количество) обычно относят их низкий КПД, всего порядка 15%. К счастью, для конструкций с мотор-колесов наиболее подходит самый эффективный вид ротора Савониуса.

Он не только имеет аэродинамическое преимущество, так как воздушные потоки отклоняются лопастями два раза, но лопасти еще имеют некоторый аэродинамический профиль. Когда на лопасти находит поток воздуха, создается небольшая подъемная сила и, следовательно, эффективность ротора повышается. Реальные конструкции на таком профиле начинают движение при ветре, который лицом не ощущается…

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ МОТОР-КОЛЕСА

Диоды всего лутчше брать минимум 10А или диодные мосты.

Многие сталкиваются с вопросом после сборки генератора, как избежать перезаряда АКБ. Ответ прост. Вам поможет контроллер заряда от автомобиля. Плюсы очевидны, пришел, выбрал, купил.На примере,реле регулятора напряжения РР 362.3772 устанавливается на

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.

Какие энергозатраты способна покрыть установка?

Установка ветрогенератора рентабельна, если скорость ветра достигает 4 м/с.

В этом случае можно обеспечить практически все потребности:

  • Прибор мощностью 0,15-0,2 кВт позволит перевести на эко-энергию освещение комнат. Можно будет также подключить компьютер или телевизор.
  • Ветроустановка мощностью 1-5 кВт хватит для обеспечения работы основной бытовой техники, включая холодильник и стиральную машину.
  • Для автономной работы всех приборов и систем, включая отопительную, нужен ветряной генератор мощностью 20 кВт.

При проектировании и сборке ветряка из двигателя стиральной машины нужно учитывать нестабильность скорости ветра. Электричество может исчезнуть в любую секунду, поэтому технику нельзя подключать напрямую к генератору.

Требуются аккумуляторы и контроллер заряда, т.к. электроприборы нуждаются в напряжении 220В.

Сравниваем плюсы и минусы установки

Ветрогенераторы используют уже многие годы, их конструкции постоянно совершенствуются, а ветер – легкодоступный источник энергии.

Устройства, работающие от него, абсолютно безопасны для экологии и удобны, т.к. располагаются на мачтах и не занимают полезную площадь. Их просто обслуживать и ремонтировать.

Из-за нестабильности работы ветрогенераторов приходится изобретать способы обеспечения домов дополнительной энергией. Хороший вариант – сочетание ветряных и солнечных установок

Ветряки шумят при работе. Звук может быть громче или тише, но есть он всегда. Иногда это мешает владельцам домов и даже соседям.

Можно отметить и другие неудобства. Ветер – непредсказуемая стихия, поэтому работа генераторов нестабильна и приходится аккумулировать энергию, чтобы не остаться без электричества в периоды штиля.

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.

Тестирование генератора

Перед установкой готового генератора на осевую конструкцию или мачту нужно его протестировать. Для тестирования понадобится дрель или шуруповерт, а также какая-нибудь нагрузка, например, обычная лампочка, которую вы используете в быту. Подсоедините их к вашему агрегату и посмотрите, на каких оборотах лампочка горит ярко и ровно.

Если тестирование показывает хорошие результаты, то можно приступать к монтажу ветряка. Для этого необходимо изготовить лопастные элементы, осевую конструкцию, подобрать аккумулятор. Подробнее о том, как собрать ветрогенератор, можно почитать .

Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора

Такой ветряк обладает рядом особенностей, которые нужно учитывать при эксплуатации:

  • Будьте готовы, что КПД готового устройства будет постоянно колебаться (в пределах 50%). Устранить этот недостаток невозможно, это издержки процесса преобразования энергии.
  • Позаботьтесь о качественной изоляции, а также заземлении ветрогенератора. Это обязательное требование безопасности.
  • Сделайте кнопки для управления устройством. Это значительно упростит его использование в дальнейшем.
  • Кроме того, предусмотрите места для подключения измерительных приборов. Это обеспечит вас данными о работе вашего агрегата, позволит проводить диагностику.

Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

Если сравнивать асинхронный и синхронный ветрогенераторы, то у асинхронных есть как преимущества, так и недостатки.

Преимущества заключаются в следующем:

  • Мощные устройства с простой конструкцией, небольшими размерами и весом.
  • Высокий уровень эффективности при выработке энергии.
  • Нет необходимости в инверторе, потому что такой ветрогенератор производит переменный ток (220/380В). Он может непосредственно питать бытовые устройства или работать параллельно с сетью централизованного энергоснабжения.
  • Выходное напряжение очень стабильно.
  • Частота на выходе не зависит от скоростей ротора.
  • Обладает высокой устойчивостью к коротким замыканиям, защищен от влаги и грязи.
  • Может служить многие годы, так как содержит мало изнашивающихся элементов.
  • Работает на конденсаторном возбуждении.

Недостатки такие:

  • При отсутствии аккумулятора асинхронный генератор может затухать в моменты перегрузки. Это является ограничителем для использования такого агрегата. Но для ветряка такой недостаток неактуален, потому что его конструкция предполагает накопитель энергии. О том, как выбрать аккумулятор для ветряка, можно прочитать .
  • Конденсаторные батареи имеют высокую стоимость, поэтому переделка старого АД — это оптимальное решение вопроса.
  • Оборотность генератора находится в обратной зависимости от его массы.

Таким образом, ветрогенератор своими руками из асинхронного трехфазного двигателя — это недорогое и удобное решение для дома.

Принцип работы асинхронного двигателя и генератора

Асинхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока. Его особенность состоит в том, что магнитное поле, которое производится током обмотки статора, и ротор вращаются с разной частотой. В синхронных двигателях их частота совпадает. Наиболее распространенная конструкция АД включает в себя фазный ротор и статор, между которыми находится воздушный зазор. Но встречаются и двигатели с короткозамкнутым ротором. Активная часть АД — это магнитопровод и обмотки. Остальные элементы обеспечивают жесткость конструкции, возможность вращения и охлаждение. Ток в таком двигателе появляется благодаря электромагнитной индукции, которая возникает при вращении магнитного поля с определенной скоростью.

В свою очередь, асинхронный ветрогенератор — это двигатель, который работает в генераторном режиме. Приводной ветродвигатель вращает ротор и магнитное поле в одном направлении. При этом возникает отрицательное скольжение ротора, на валу появляется тормозящий момент, после чего энергия передается на аккумулятор. Для возбуждения ЭДС в дело идет остаточная намагниченность ротора, а усиление ЭДС происходит за счет конденсаторов.

Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *