Меню

Аксиальный генератор для ветряка низкооборотистый своими руками

Как сделать аксиальный ветрогенератор

Эта статья посвящена созданию аксиального ветрогенератора на неодимовых магнитах со статорами без металла. Ветряки подобной конструкции стали особенно популярны из-за растущей доступности неодимовых магнитов.

Материалы и инструменты использованные для постройки ветряка этой модели:

1) ступица от автомобиля с тормозными дисками.
2) дрель с металлической щеткой.
3) 20 неодимовых магнитов размером 25 на 8 мм.
4) эпоксидная смола
5) мастика
6) труба ПВХ 160 мм диаметром
7) ручная лебедка
8) труба металлическая длинной 6 метров

Рассмотрим основные этапы постройки ветряка.

За основу генератора была взята ступица автомобиля с тормозным диском. Так как основная деталь заводского производства, то это послужит гарантом качества и надежности. Ступица была полностью разобрана, подшипники находящиеся в ней были проверены на целостность и смазаны. Так как ступица была снята со старого автомобиля, то ржавчину пришлось зачистить с помощью щетки, которую автор насадил на дрель.
Ниже предоставлена фотография ступицы.

Затем автор приступил к установке магнитов на диски ротора. Было использовано 20 магнитов. Причем важно заметить, что для однофазного генератора количество задействованных магнитов равно количеству полюсов, для двухфазного соотношение будет три к двум или четыре полюса к трем катушкам. Магниты следует крепить на диски с чередованием полюсов. Для соблюдения точности необходимо сделать шаблон размещения на бумаге, либо начертить линии секторов прямо на самом диске.

Рассмотрим основные отличия конструкции однофазного и трехфазного генераторов.
Однофазный генератор будет давать вибрацию при нагрузках, что будет отражаться на мощности самого генератора. Трехфазная конструкция лишена подобного недостатка благодаря чему, мощность постоянна в любой момент времени. Это происходит потому, что фазы компенсируют потерю тока друг в друге. По скромным расчетам автора трехфазная конструкция превосходит однофазную на целых 50 процентов. К тому же из-за отсутствия вибраций мачта не будет дополнительно раскачиваться,следовательно не будет дополнительного шума при работе ротора.

При расчете зарядки 12-ого аккумулятора, которая будет начинаться на 100-150 оборотах в минуту, автор сделал по 1000-1200 витков в катушках. При намотке катушек автор использовал максимально допустимую толщину проволоки, чтобы избежать сопротивления.
Для наматывания проволоки на катушки автор соорудил самодельный станок, фотографии которого представлены ниже.

Лучше использовать катушки эллипсоидной формы, что позволит большей плотности магнитных полей их пересекать. Внутреннее отверстие катушки стоит делать по диаметру магнита либо больше него. В случае, если делать их меньше, то лобовые части практически не участвуют в выработке электроэнергии, а служат проводниками.

Толщина самого статора должна равняться толщине магнитов, которые задействованы в установке.

Форму для статора можно сделать из фанеры, хотя автор решил этот вопрос иначе. Был нарисован шаблон на бумаге, а затем сделаны борта при помощи мастики. Так же для прочности была использована стеклоткань. Для того, чтобы эпоксидная смола не прилипла к форме, ее необходимо смазать воском или вазелином, или можно использовать скотч, пленку, которую в последствии можно будет отодрать от готовой формы.

Перед заливкой катушки необходимо точно закрепить, а их концы вывести за пределы формы, чтобы затем соединить провода звездой или треугольником.

После того, как основная часть генератора была собрана, автор измерил протестировал его работу. При ручном вращении генератор вырабатывает напряжение в 40 вольт и силу тока в 10 ампер.

Для поднятия мачты используется ручная лебедка.
Сам винт для генератора был сделан из трубы ПВХ диаметром 160 мм.

После установки и испытаний генератора в стандартных условиях автор сделал следующие наблюдения: мощность генератора доходит до 300 ватт при ветре в 8 метров в секунду. В последующем увеличил мощность генератора за счет металлических сердечников установленных в катушки. Винт стартует уже при двух метрах в секунду.

Дальше автор приступил к совершенствованию конструкции в целях увеличения мощности генератора. Были набраны магнитопроводы из пластин, которые в последствии были установлены в конструкцию. Из-за их установки появился эффект залипания, но не очень сильный. Старт работы винта происходит при скорости ветра около двух метров в секунду.

Таким образом установка металлических сердечников увеличила мощность генератора до 500 ватт при ветре в 8 метров в секунду.
Для защиты от сильных ветров была использована классическая схема увода винта складывающимся хвостом.

В среднем генератор способен вырабатывать до 150 ватт энергии в час, которая идет на зарядку аккумуляторов.

Источник

Ветрогенератор своими руками: из автомобильного генератора и на неодимовых магнитах — как сделать лопасти самому для частного дома

Характеристики неодимовых магнитов

Но давайте сначала выясним, что собой представляют магниты. Они появились не так давно. Приобрести в магазине магниты можно было с девяностых годов прошлого века. Изготовлены они из неодима, бора и железа. Основным элементом, конечно, является неодим. Это металл лантоноидной группы, с помощью которого магниты приобретают огромную силу сцепления. Если взять две штуки большого размера и притянуть друг к другу, то расцепить их будет почти невозможно.

Читайте также:  Реле напряжения генератора ваз 2190

В продаже в основном, конечно, встречаются миниатюрные виды. В любом сувенирном магазине можно найти шарики (или другую форму) из этого металла. Высокая цена неодимовых магнитов объясняется сложностью добычи сырья и технологии его производства. Если шарик диаметром 3-5 миллиметров обойдется всего в несколько рублей, то за магнитик диаметром от 20 миллиметров и выше придется выложить 500 рублей и более.

Неодимовые магниты получают в специальных печах, где процесс происходит без доступа кислорода, в вакууме или атмосфере с инертным газом. Самые распространенные — это магниты с аксиальным намагничиванием, в которых вектор поля направлен вдоль одной из плоскостей, где измеряется толщина.

Характеристики неодимовых магнитов очень ценны, но их легко можно испортить без возможности восстановления. Так, сильный удар способен лишить их всех свойств. Поэтому нужно стараться избегать падений. Также у разных видов имеется свой температурный предел, который варьируется от восьмидесяти до двухсот пятидесяти градусов. При температуре выше предельной магнит теряет свои свойства.

Правильное и аккуратное использование служит залогом сохранения качеств в течение тридцати лет и более. Естественное размагничивание составляет всего один процент в год.

Ветряк с аксиальным генератором на неодимовых магнитах

Наиболее сильными магнитами, обладающими оптимальными параметрами для использования в конструкции генератора, являются неодимовые магниты. Они несколько дороже обычных, но превосходят их многократно и дают возможность создать мощное устройство при относительно компактном размере.

Принципиального отличия в конструкции не имеется. Неодимовые магниты изготавливаются в различных формфакторах, позволяющих выбрать наиболее удобный для себя вариант — тонкие продолговатые брусочки, форма таблетки, цилиндры и т.д. если используется металлический ротор, то приклеивать магниты необязательно, они сами по себе с усилием прикрепляются к основанию. Остается лишь залить их эпоксидкой для защиты от коррозии.

Приобрести такие магниты проще всего через Интернет, заодно можно сразу же выбрать самую удобную форму.



Применение неодимовых магнитов

Их часто используют в опытах в области физики и электротехники. Но и на практике эти магниты нашли уже широкое применение, например, в промышленности. Нередко их можно найти и в составе сувенирной продукции.

Высокая степень сцепления делает их очень полезными при поиске предметов из металла, находящихся под землей. Поэтому многие поисковики используют оборудование с применением неодимовых магнитов, чтобы находить технику, оставшуюся с военных времен.

Если старые акустические колонки еле работают, то иногда стоит к ферритовым магнитам приложить неодимовые, и аппаратура снова отлично зазвучит.

Так и на двигателе или генераторе можно попробовать заменить старые магниты. Тогда есть шанс, что техника заработает намного лучше. Потребление при этом даже снизится.

Человечество уже давно ищет вечный двигатель. На неодимовых магнитах, как некоторые считают, технология вполне может обрести реальные очертания.


Основа домашнего ветрогенератора

Тема изготовления и установки самодельных ветряных генераторов очень широко представлена в сети Интернет. Однако большая часть материала – это банальное описание принципов получения электрической энергии от природных источников.

Теоретическая методика устройства (установки) ветрогенераторов уже давно известна и вполне понятна. А вот как обстоят дела практически в бытовом секторе – вопрос, раскрытый далеко не полностью.

Чаще всего в качестве источника тока для самодельных домашних ветрогенераторов рекомендуют выбирать автомобильные генераторы или асинхронные двигатели переменного тока, дополненные неодимовыми магнитами.


Процедура переделки асинхронного электродвигателя переменного тока под генератор для ветряка. Заключается в изготовлении «шубы» ротора из неодимовых магнитов. Крайне сложный и долговременный процесс

Однако оба варианта требуют существенной доработки, нередко сложной, дорогостоящей, отнимающей много сил и времени.

Куда проще и легче во всех отношениях установить электродвигатели, подобные тем, что выпускались прежде и выпускаются теперь фирмой Ametek (пример) и другими.

Для домашней ветрогенераторной установки подходят моторы постоянного тока напряжением 30 – 100 вольт. В режиме генератора от них можно получить примерно 50% от заявленного рабочего напряжения.

Следует отметить: при работе в режиме генерации электродвигатели постоянного тока требуется раскручивать до скорости выше номинальной.

При этом каждый отдельно взятый мотор из десятка одинаковых экземпляров, может показывать совершенно разные характеристики.

Поэтому оптимальный подбор электродвигателя к домашнему ветрогенератору логичен при следующих показателях:

  1. Высокий параметр рабочего напряжения.
  2. Низкий параметр RPM (угловая скорость вращения).
  3. Высокое значение рабочего тока.

Так, удачным под установку выглядит мотор производства фирмы Ametek с рабочим напряжением 36 вольт и угловой скоростью вращения — 325 об/мин.

Именно такой электродвигатель используется в конструкции ветрогенератора – установки, что описана ниже в качестве примера домашнего ветряка.


Мотор постоянного тока для домашнего ветрогенератора. Оптимальный вариант из числа продуктов, изготовленных фирмой Ametek. Также удачно подходят подобные электродвигатели производства других фирм

Проверить эффективность любого похожего мотора несложно. Достаточно подключить к электрическим выводам обычную автомобильную лампу накаливания на 12 вольт и крутануть вал мотора рукой. При хороших технических показателях электродвигателя лампа обязательно зажжётся.

Читайте также:  Презентация по физике что такое генератор

Вертикально ориентированный ветрогенератор в готовом виде

К ветрогенераторам, особенно в последние годы, снова возобновился интерес. Появились новые модели, более удобные и практичные.

Еще недавно главным образом использовались горизонтальные ветрогенераторы, имеющие три лопасти. А вертикальные виды не распространялись из-за сильной нагрузки на подшипники ветроколеса, вследствие чего возникало увеличенное трение, поглощающее энергию.

Но благодаря использованию принципов магнитной левитации, ветрогенератор на неодимовых магнитах стал применяться именно вертикально-ориентированный, с выраженным свободным инерционным вращением. В настоящее время он доказал свою более высокую эффективность по сравнению с горизонтальным.

Легкий старт достигается благодаря принципу магнитной левитации. А благодаря многополюсности, которая дает номинальное напряжение на малых оборотах, удается отказаться от редукторов полностью.

Некоторые приборы способны начать работу, когда скорость ветра составляет всего полтора сантиметра в секунду, а при достижении всего трех—четырех метров в секунду, она может уже равняться вырабатываемой мощности прибора.

Тихоходные ветрогенераторы

Наиболее привлекательными конструкциями ветряков для большинства регионов России являются образцы, дающие высокие показатели на слабых и средних ветрах — тихоходные ветряки. Для них характерна возможность начинать вращение при низких скоростях потока, выдавая достаточное напряжение для питания приборов потребления.

Выработка энергии на таких устройствах производится генераторами, адаптированными к работе с ветряками. Специфика конструкции таких генераторов состоит в высокой чувствительности, поскольку устройство изначально рассчитывается на работу с низкими скоростями вращения.

Для того, чтобы обеспечить заданный режим работы, необходимо обмотку возбуждения исключить из конструкции, заменив ее постоянными магнитами. В результате отпадет необходимость подачи напряжения для образования электромагнитов, индукция станет более стабильной, независимой от источника питания на обмотке ротора. Кроме того, отпадет надобность в щеточном узле, подающем питание на обмотку возбуждения.

Преимущества

Приборы приобретают в готовом виде или изготавливают самостоятельно. Купив ветрогенератор, его остается только установить. Все регулировки и центровки уже пройдены, проведены испытания при различных климатических условиях.

Неодимовые магниты, которые используются вместо редуктора и подшипников, позволяют достичь следующих результатов:

  • сокращается трение, и повышается срок эксплуатации всех деталей;
  • исчезает вибрация и шум прибора при работе;
  • себестоимость уменьшается;
  • экономится электроэнергия;
  • исчезает необходимость регулярно обслуживать прибор.

Ветрогенератор можно приобрести со встроенным инвертором, который заряжает батарею, а также с контроллером.

Ветрогенератор в домашнем конструкторском наборе

Итак, можно считать, что выбран генератор — главная деталь системы регенерации энергии ветра. Остаётся добавить:

Желательно, но не обязательно, соблюсти последовательность производства всех оставшихся частей ветряного генератора. Последовательность – это порядок, который необходим в любом деле для достижения результативности. Очевидно: существенную помощь в строительстве энергетической машины оказывают готовые наборы:

Ветрогенератор своими руками

Ветряная турбина, имеющая вертикальную ось вращения, имеет обычно от трех до шести лопастей. В конструкцию входят статор, лопасти (неподвижные и вращающиеся) и ротор. Ветер влияет на лопасти, вход в турбину и выход из нее. В качестве опоры иногда используют автомобильные ступицы. Такой генератор на неодимовых магнитах является бесшумным, остается стабильным даже при сильном ветре. Ему не нужна высокая мачта. Движение начинается даже при очень слабом ветре.

Особенности ротора и статора

Чтобы сделать эффективный генератор на магнитах из неодимового сплава своими руками, учитывайте при сборке следующие рекомендации:

  • Для повышения прочности диск делают из стали. Его толщину делают не менее чем у самих магнитов. В противном случае часть силового поля будет рассеиваться. При правильном соблюдении пропорций к обратной стороне собранного изделия не притягивается швейная игла;
  • Расстояние между отдельными магнитами делают равным или более половины ширины изделий;
  • Толщину статора в собранном состоянии делают равной или меньше толщины неодимовых магнитов;
  • Трехфазный магнитный генератор делают по пропорциям 3 к 3 или 4 к 3 (количество магнитов/индукционных катушек, соответственно).

К сведению. Магниты прикрепляют, строго соблюдая чередование полюсов. Чтобы не ошибиться, на соответствующих гранях заранее делают пометки маркером.

Каким может быть устройство неподвижного генератора

Известно, что электродвижущая сила через провод генерируется посредством изменения магнитного поля. В сердечнике неподвижного генератора магнитный поток создается путем электронного управления, не механически. Генератор управляет потоком автоматически, действуя резонансно и потребляя очень малую мощность. Его колебания отклоняют в стороны магнитные потоки железных или ферритовых сердечников. Чем больше частота колебаний, тем сильнее мощность генератора. Запуск реализуется путем кратковременного импульса на генератор.

Процесс подключения в доме

После обустройства практически бесшумного ветряка с хорошей мощностью необходимо подключить к нему бытовые приборы. Собирая собственноручно такое устройство, следует позаботиться о покупке инверторного преобразователя с эффективностью 99%. В таком случае потери на переход постоянного тока в переменный будут наименьшими, а в корпусе будут присутствовать три узла:

  1. Аккумуляторный блок. Способен впрок накапливать энергию, которая генерируется устройством.
  2. Контроллер заряда. Обеспечивает более продолжительный срок службы аккумуляторных батарей.
  3. Преобразователь. Трансформирует постоянный ток в переменный.
Читайте также:  Генераторы для индукционных ламп

Можно устанавливать оборудование для питания осветительных приборов и бытовой техники, которые могут функционировать на напряжении 12−24 Вольт. Потребность в инверторном преобразователе в таком случае отсутствует. Для приборов, позволяющих готовить пищу, лучше задействовать газовое оборудование с питанием от баллона.

Как сделать вечный двигатель

Самодельные генераторы на неодимовых магнитах в основном однотипны по принципу действия. Стандартным уже вариантом является аксиальный тип.

За его основу берется ступица из автомобиля с тормозными дисками. Такая база станет надежной и мощной.

При решении ее использовать ступицу следует полностью разобрать и проверить, достаточно ли там смазки, а при необходимости очистить ржавчину. Тогда готовый прибор будет приятно покрасить, и он приобретет «домашний», ухоженный вид.

На роторные диски наклеивают магниты. Автор конструкции, представленной на фото в статье, взял двадцать штук размером 25*8 миллиметров. Можно использовать разное количество полюсов.

В однофазном приборе полюсы должны иметь равное количество с количеством магнитов. В трехфазном должно соблюдаться соотношение двух к трем или четырех к трем. Магниты размещают с чередованием полюсов. Они должны быть точно расположены. Для этого можно начертить на бумаге шаблон, вырезать его и точно перенести на диск.

Чтобы полюсы не перепутать, маркером делают пометки. Для этого магниты подносят одной стороной: ту, что притягивает, обозначают знаком «+», а ту, что отталкивает, — «-». Магниты должны притягиваться, то есть те, что расположены друг напротив друга, должны иметь разные полюсы.

Обычно используется суперклей или подобный ему, а после наклейки заливают еще эпоксидной смолой для увеличения прочности, предварительно сделав «бордюрчики», чтобы она не вытекла.

Электрические и технические параметры генератора

Расчет напряжения выполняют по формуле:

  • U – напряжение в Вольтах;
  • Ч – частота оборотов ротора генератора за одну секунду;
  • КП – количество магнитных полюсов;
  • КК – количество индукционных катушек в статоре;
  • КВ – число витков проводника в одной индукционной катушке;
  • МИ – магнитная индукция в Тл, которая образуется в стандартном зазоре (2 мм);
  • П – площадь поверхности одного неодимового магнита, в кв. м.

Если применяют простые катушки, для расчета берут магнитную индукцию 0,5 Тл. При добавлении сердечника из электротехнической стали значение увеличивают до 0,7-0,9Тл.

К сведению. Формула действительна при соединении обмоток «треугольником». Если трехфазный генератор собирают по схеме «звезда», полученное значение умножают на поправочный коэффициент 1,7.

После вычисления напряжения надо узнать сопротивление в обмотках. После этого несложно будет определить силу тока и мощность. Для медного проводника удельное сопротивление составляет 0,0175 Ом на мм кв./ метр. Для расчета общей величины применяют формулу:

  • С – сопротивление, в Ом;
  • УС – удельное сопротивление определенного материала;
  • Д – длина проводника в метрах;
  • ПП – площадь проводника в сечении, мм кв.

Для расчета силы тока вычитают из напряжения магнитного генератора на холостом ходу напряжение подсоединенного для зарядки аккумулятора. Полученное значение делят на величину рассчитанного по предыдущей формуле сопротивления.

Увеличение/уменьшение оборотов меняет соответствующим образом силу тока при неизменном значении напряжения на клеммах батареи аккумуляторов. Для расчета производительности ветроустановки в разных режимах используют стандартную формулу:

  • Р – мощность, Ватт;
  • I – сила тока, Ампер;
  • U – напряжение, Вольт.

Особенности электромагнитного генератора

  • Постоянный магнит не может быть признан в качестве неисчерпаемого источника энергии, поскольку это прямо противоречит закону сохранения энергии. Хотя магнитное поле и не уменьшается в процессе совершения работы.
  • Постоянные магниты с достаточно сильными полями появились совсем недавно, точно так же, как и метод, при помощи которого концентрируется магнитный поток. Без этой концентрации, ранее невозможно было создать компактную электростанцию, что являлось совершенно непрактичным.
  • Ранее считалось, что ферромагнетики не могут обладать свойствами магнита, из-за хаотичного расположения в них магнитных зарядов. Однако, это мнение было ошибочным.

Выяснилось, что магниты из редкоземельных материалов также обладают энергией и способностью притягивать железные предметы. Тем не менее, сама по себе магнитная энергия не может работать, для этого она должна быть преобразована в механическую энергию. Это вполне возможно, если создать электромагнитный генератор, который за счет мощности постоянных магнитов будет иметь высокий КПД, превышающий 100%.

Принцип работы устройства

Теоретически, в полной мере, этим критериям как раз и отвечает электромагнитный генератор, возбуждение которого производится постоянными магнитами. Принцип работы основывается на законе Ампера, в котором участвует проводник и электроток в магнитном поле. Этот закон выражается формулой F=BLI, то есть сила находится в прямой пропорциональной зависимости с индукцией F, длиной проводника L и силой тока в этом проводнике I. Таким образом, мощность электромагнитного генератора может возрастать вместе с мощностью постоянных магнитов.

Можно сделать вывод, что использование постоянных магнитов, как неисчерпаемый источник энергии, позволит создать установку, с коэффициентом полезного действия более 100%. Однако, здесь не все так просто и этому есть целый ряд причин.

Источник

Adblock
detector