Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шаговый двигатель как генератор ветрогенератора

Инструменты

Установка ветрогенератора — отличная альтернатива традиционным источникам питания. Но стоимость ветрогенераторов довольно высокая, гораздо проще сделать ветряк своими руками. Перед началом данного процесса следует ознакомиться с принципом работы и разновидностями ветроустановок, а затем перейти к инструкции о том, как сделать ветряк.

Оглавление:

  1. Принцип работы и конструкция ветрогенератора
  2. Преимущества установки ветрогенератора
  3. Расчет мощности ветряка
  4. Разновидности ветроустановок
  5. Изготовление самодельного ветрогенератора
  6. Установка ветрогенератора

Принцип работы и конструкция ветрогенератора

Принцип работы ветряка напрямую зависит от главной функции данного устройства — преобразования механической энергии ветра в постоянную, которая используется для обеспечения электричеством одного частного дома или целого поселка, в зависимости от мощности и количества установок.

Ветрогенератор состоит из основных и дополнительных компонентов. Основными составляющими каждой ветроустановки выступают:

1. Мачты — устройства для поддержания ветроустановки на необходимой высоте, в некоторых моделях мощнейших ветрогенераторов длина мачты достигает 200 м. Высота мачты определяет скорость работы и устойчивость ветряка.

2. Лопасти ветроустановки — приборы, которые улавливают ветер и приводят в действие генератор.

3. Генераторы — устройства для преобразования механической энергии ветра в электрическую.

Кроме основных комплектующих, ветрогенераторные установки оснащают дополнительными компонентами, которые помогают усовершенствовать ветрогенератор для обеспечения полной независимости от традиционных источников получения электричества.

Дополнительные компоненты ветроустановки:

  • контроллеры — приборы, которые отвечают за направление лопастей, обеспечивают качественную защиту ветряка и контролируют заряд аккумуляторов;
  • аккумуляторные батареи — используют для накапливания энергии при сильных порывах ветра. Батареи выполняют дополнительную функцию выравнивания и стабилизации энергии;
  • измеритель ветра или анемоскоп — устройства сбора и накопления данных о качественных характеристиках ветра. Анемоскопы отвечают за определение скорости, направления и порывов ветра;
  • автоматизаторы совместных источников питания — при наличии нескольких источников питания, например, ветрогенератора и дизельного или бензинового генератора, данные устройства переключают один источник питания на другой;
  • инвертор — преобразователь постоянного электричества в переменное, которое обеспечивает бесперебойную работу большинства электрооборудования.

Ветер, попадая на лопасти ветряка приводит в действие весь механизм устройства. Во время движения ветрового механизма происходит выработка переменного тока, который первым делом, поступает в контроллер для ветрогенератора и перерабатывается в постоянный. Постоянный ток в инверторе преобразовывается в однофазный переменный и обеспечивает дом или другое сооружение электричеством. Остатки тока накапливаются в аккумуляторных батареях, которые отвечают за энергоснабжения, в то время, когда нет ветра и ветрогенератор не способен вырабатывать электричество.

Ветрогенератор используют параллельно с такими источниками электропитания:

  • ветрогенератор, работающий на аккумуляторных батареях;
  • работа ветроустановки параллельно с аккумуляторными и солнечными батареями;
  • применение дизельного, газового или бензинового генератора в совокупности с ветряком;
  • параллельное энергоснабжение при помощи ветрогенератора и традиционной электросети.

Преимущества установки ветрогенератора

Установка ветрогенератора позволяет получить экологически чистое, безопасное и надежное электроснабжение, как для дома, так и для большого предприятия или целого поселка. Также ветрогенераторы устанавливают в отдаленных местах, где невозможно использовать традиционное электроснабжение, например, на кораблях или яхтах.

Установка ветрогенератора существенно снижает затраты на электричество. Один раз потратившись на качественный ветрогенератор больше не придется тратить деньги на оплату ежемесячных счетов за электричество, тем более возможно сконструировать самодельный ветряк, который обойдется в несколько раз дешевле, чем покупной.

Ветрогенератор максимально работает в осенне-зимний период, когда преобладание ветра имеет наивысшую степень. В это же время потребность в электричестве возрастает, так как приходится использовать электроэнергию для отопления.

Ветрогенератор работает параллельно с другими источниками питания. Так, например зимой и осенью возможно использование ветрогенератора, а летом и весной — солнечных батарей.

Расчет мощности ветряка

Мощность ветроустановки зависит от типа местности и количества потребляемой электроэнергии, поэтому выбор ветрогенератора целиком соответствует индивидуальным особенностям потребителя.

Чтобы определить мощность ветряка, нужно выяснить номинальную выходную мощность ветроустановки, которая зависит от мощности инвертора. Выходная мощность определяется количеством потребляемой электроэнергии. Самый простой способ определения номинальной выходной мощности — вычисление среднего показателя потребления электроэнергии, для этого соберите счета за электричество за последний год, определите общую сумму количества электроэнергии и разделите полученную сумму на 12.

Далее следует определить среднюю скорость ветра в регионе будущей установки ветряка. Эта информация находится в ближайшем метеорологическом центре.

Формула расчета мощности ветроустановки:

Р = 0,5 * rho*S*Ср*V3*ng*nb. Р — показатель мощности ветрогенератора, rho — обозначение плотности воздуха, S — показатель участка метания ротора, Ср — величина аэродинамического влияния, V — показатель быстроты ветра, ng — радиаторный КПД, nb — редукторный КПД.

Разновидности ветроустановок

По размещению турбин к поверхности земли ветрогенераторы разделяют на:

  • вертикальные,
  • горизонтальные.

Турбина вертикального ветрогенератора размещается перпендикулярно к поверхности площадки, на которой установлен ветряк, а горизонтальный ветрогенератор имеет турбину, размещенную параллельно к поверхности земли.

Читать еще:  Шаговый двигатель сканера схема

Вертикальные ветрогенераторы имеют несколько разновидностей:

1. Стандартный вертикальный ветряк — характеризуется наличием вертикальной оси вращения и двух цилиндров. Вертикальный ветряк совершает постоянные вращательные движения. Недостаток такого ветряка — низкое потребление энергии ветра.

2. Роторная вертикальная ветроустановка характеризуется наличием ротора, который уменьшает общую нагрузку на подшипники ветряка, тем самым продлевая эксплуатационный строк устройства. Недостатками роторного ветряка является сложный монтаж и большая стоимость.

3. Ветряк вертикальной оси вращения с геликоидным ротором характеризуется наличием закрученных лопастей, которые отвечают за равномерность вращения ветра.

4. Ортогональный тип вертикального ветрогенератора не требует наличия сильного ветра и работает даже при малейшей скорости ветра от 0,7 м/с. Достоинства ортогонального ветряка — бесшумная работа, высокий уровень безопасности, хорошие технические особенности. К недостаткам ортогональных ветрогенераторов относят массивные лопасти и затрудненный монтаж.

Горизонтальные ветряки характеризуются наивысшим коэффициентом полезного действия и наличием флигеля, который отвечает за поиск ветра. Горизонтальные ветрогенераторы работают только при скорости ветра, которая составляет минимум 2-2,5 м/с.

Среди горизонтальных ветрогенераторов выделяют:

  • однолопастные ветряки, которые характеризуются небольшим весом и простотой монтажа;
  • двухлопастные ветряки имеют две лопасти и довольно высокие обороты;
  • трехлопастные ветряки имеют оптимальное количество лопастей и применяются в электроснабжении частных домов;
  • многолопастные ветроустановки используют для работы насосных или очистных водных станций.

В зависимости от материала, из которого изготовлены лопасти выделяют ветряки:

  • с жесткими лопастями: металлическими или стекловолокнистыми;
  • с парусными лопастями.

В соотношении с шаговым признаком винта выделяют:

  • ветрогенераторы с закрепленным шагом;
  • ветряки измеряемого шага.

В зависимости от сферы использования ветрогенераторы разделяют на:

  • промышленные;
  • домашние.

Промышленные ветряки занимают целые площадки и вырабатывают огромное количество электроэнергии. Такие устройства изготавливают на специальных заводах.

Домашние ветрогенераторы возможно изготовить самостоятельно. Такие устройства менее мощные и отличаются простотой и легкостью конструкции.

Изготовление самодельного ветрогенератора

Инструменты для работы:

  • сварочный аппарат;
  • электрическая дрель;
  • шуруповерт;
  • паяльный аппарат.

Рассмотрим инструкцию по изготовлению вертикального генератора своими руками:

1. Первым делом, необходимо рассчитать мощность устройства и определиться с выбором генератора для ветряка. В качестве генератора разрешено использовать автомобильный генератор. Но, использование генератора от автомобиля имеет несколько недостатков: скорость вращения лопастей должна быть достаточно высокой для обеспечения бесперебойной работы ветряка, для запуска такого устройства необходимо наличие дополнительного аккумулятора, автомобильный генератор имеет большой вес и отяжеляет общую конструкцию ветроустановки. Наилучшим генератором для ветряка, будет двигатель постоянного тока или электродвигатели, которые использовали в электронновычислительных машинах прошлого века. Приобретают такие устройства на радиорынке.

2. Чтобы оптимизировать работу ветрогенератора, следует использовать редуктор цепного или ременного типа. Редуктор ременного типа легче изготовить, а цепной редуктор обеспечивает высокую надежность устройства.

3. В изготавливаемом устройстве используем цепной редуктор. Для изготовления такого редуктора необходимо соединить ротор и генератор старой велосипедной цепью.

4. Чтобы прикрепить генератор, используйте болты или пластиковую трубу с хомутами. Участки, где расположены места крепления залейте силиконом или клеем.

5. Советы по изготовлению ротора:

  • от уровня сбалансированности ротора зависит коэффициент полезного действия ветрогенератора;
  • для изготовления лопасти для ветряка используйте двухмиллиметровый алюминий или пластиковые трубы с диаметром 6-8 см;
  • размер лопастей зависит от скорости ветра: лопасти большого размера лучше работают при слабом ветре, но имеют низкую скорость вращения, а узкие лопасти быстрее вращаются, но для работы требуют сильного ветра;
  • лучше соорудить съемные лопасти среднего размера, чтобы при слабом ветре снимать их, а при сильном устанавливать.

6. Для сооружения мачты используйте отрезки стальной трубы. Мачта должна состоять из нескольких секций, для облегчения монтажа и транспортировки ветряка. В качестве мачты используют антенные вышки или телескопические мачты.

7. Установка дополнительного шарнира на мачте позволит защитить ветроустановку от перегрузки во время сильных порывов ветра.

8. Чтобы сделать хвост ветрогенератора, возьмите отрезок трубы или уголок и прикрепите вертикальную лопасть на конец отрезка.

9. Главными элементами пульта управления является наличие вольтметра, амперметра, балластного проволочного резистора и диодного моста. При перемещении движка резистора в крайнее положение цепь размыкается и резистор начинает работать. Резистор обеспечивает аварийную остановку генератора. Максимальный ток, который выдерживает резистор 20-35 А за половину минуты.

10. В качестве инвертора используйте преобразователь покупного типа или старые источники бесперебойного питания для компьютеров.

Установка ветрогенератора

1. Определите место для установки мачты ветряка — крыша или площадка. Если мачта устанавливается на площадке, нужно залить фундамент и установить анкерное кольцо для фиксации мачты.

2. Следующий этап — сборка и соединение секций мачты.

3. После сборки мачты прикрепите генератор с помощью болтов или хомутов.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя к9к

4. Закрепите лопасти на роторе. Соедините ротор с мачтой.

5. Установите датчики направления ветра.

6. Установите и закрепите ветрогенератор.

7. Подключите и запустите устройство.

Переносной ветряк изготавливается с помощью обычных инструментов, чаще всего нет необходимости в использовании специализированного оборудования. Для его создания потребуются:

  • пила (ножовка);
  • дрель с набором сверл;
  • рулетка;
  • разводной ключ;
  • транспортир;
  • несколько видов наждачной бумаги.

Непосредственно для конструкции ветрогенератора потребуются следующие детали:

  • металлический лист 250х350 мм;
  • труба квадратного сечения (сечение 20-25 мм, длина 1 м);
  • алюминиевый шкив;
  • ПВХ-труба 8”x4”;
  • стойка;
  • генератор;
  • набор болтов, гаек и шайб;
  • саморезы для металла;
  • набор диодов, конденсаторов;
  • микросхема KIA 7805 A.

Данные детали без труда можно найти в строительных магазинах, магазинах радиодеталей.

Генератор

В качестве генератора может использоваться шаговый двигатель ИЗОТ СДХ 1,8/40 с напряжением 12 В, силой тока 1,8 А и частотой вращения 400 об/мин.

Пульт управления и зарядки

Пульт управления и зарядки аккумуляторов изготавливается из платы на основе фольгированного текстолита (70х30 мм) со следующими элементами:

  • Диодный мост, преобразовывающий переменный ток в постоянный.
  • Конденсаторная батарея (2х2200 мкФ), представляющая собой сглаживающий фильтр и емкость для частичного накопления энергии.
  • Микросхема KIA 7805 A, подключаемая в соответствии с типичной схемой, для регулирования и стабилизации напряжения 5 В 1,5 А.
  • USB-порт для присоединения мобильных устройств через USB-кабель.


Лопасти (крыльчатка)

Одна из важнейших составляющих походного ветряка – лопасти. Зачастую они бывают деревянными или композитными, но также могут изготовляться из водопроводной ПВХ-трубы, ничем не уступая более популярным моделям.

Скорость вращения лопастей напрямую зависит от их длины (чем больше длина, тем меньше скорость вращения). На концах лопастей скорость вращения выше, чем у основания, вследствие чего нужно рассчитывать соотношение скорости вращения лопастей к скорости ветра. Высота, на которой располагается ветрогенератор, влияет на его мощность, так как на возвышенностях ветер сильнее.

Процесс изготовления лопастей достаточно прост. Необходимо разрезать трубу из ПВХ на 3 секции (2 секции – 150 ⁰, 1 секция – 60 ⁰). По красным линиям делаются разрезы. Из сегмента трубы 150 ⁰ получаются широкие лопасти, которые вращаются даже при минимальном ветре с небольшой скоростью. Опытным путем подбирается необходимый угол и ширина лопастей. При необходимости они подрезаются, делаются более узкими.

У готовых лопастей скругляются края для улучшения их аэродинамических свойств.

Изготовление винтовой ступицы – хаба (узла крепежа лопастей)

Есть несколько вариантов изготовления конструкции ступицы. Проще всего ее сделать из диска пилы. С помощью электродрели просверливается 3 пары отверстий под углом в 120 ⁰. Расстояние между каждым из отверстий пары составляет 1 дюйм.

После просверливания отверстий в ступице к ней прикручиваются лопасти. Рекомендуется установить граверную шайбу или гайку с уплотнителем для предотвращения случайного раскручивания конструкции.

Изготовление флюгера и поворотного шарнира

Далее нужно подготовить поворачиваемую платформу для установки на нее ветрогенератора. Понадобятся труба квадратного сечения, стойка и металлический лист небольших размеров.

Сначала из листа вырезается хвостовая часть генератора – флюгер. Его определенная форма не является обязательным условием, в основном выполняет эстетическую функцию.

Затем в задней части трубы делается пропил в диапазоне 200-250 мм (проще всего использовать для этого болгарку). В полученную прорезь вставляется флюгер. Труба и лист скрепляются болтами через предварительно просверленные отверстия.

Для того, чтобы защитить ветрогенератор при неблагоприятных метеорологических условиях, нужен специальный чехол. Можно использовать короб, обтянутый карбоновой пленкой.

Мачта

Для удобного расположения ветряка на местности нужна специальная мачта или стойка. Для ее изготовления потребуются трубы и фурнитура. С помощью креплений ветрогенератор устанавливается в горизонтальном положении, в котором может выполнять свои основные функции.

Таким образом, отправившись в поход с переносным ветрогенератором, можно не беспокоиться о том, на какое время хватит заряда аккумуляторов. Вся необходимая техника будет под рукой и в любой момент будет возможность ею воспользоваться.

  • Для чего вам нужен ветрогенератор?
  • Ветер как источник энергии
  • Самодельный ветрогенератор из асинхронного двигателя
  • Ветрогенератор Онипко своими руками: под грифом «совершенно секретно»

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Разновидности генераторов

Прежде чем решить, как сделать ветрогенератор своими руками, рассмотрим особенности конструкции:

По расположению генератора устройство может быть горизонтальным или вертикальным

  • Классическая конструкция — ось вращения расположена параллельно земле, плоскость лопастей — перпендикулярно. Такая схема предусматривает свободное вращение вокруг вертикальной оси, для позиционирования «по ветру».Чтобы плоскость вращения всегда занимала эффективное положения перпендикулярно направлению ветра, требуется хвостовое оперение, которое работает по принципу флюгера. Принцип действия простой: ветер меняет направление, воздействует на хвостовую плоскость, ось вращения генератора всегда расположена вдоль движения потока воздуха. Единственная сложность — подключение силовых кабелей. Если корпус генератора совершит несколько оборотов вокруг вертикальной оси, провода намотаются на мачту, и оборвутся. Поэтому требуется установка ограничителя. Он не позволяет совершить полный оборот, но приводит к зависанию) корпуса в мертвых зонах.Промышленные образцы имеют электронный регулятор слежения за направлением, и поворачивает корпус с помощью встроенного электромотора.Решить проблему можно с помощью цилиндрического пропеллера, который принимает воздушный поток как поперек, так и вдоль оси вращения. Правда, эффективность зависит от угла атаки. Чем больше ветер отклоняется от угла 90°, тем ниже КПД.Но такую конструкцию трудно сделать своими руками, из-за сложностей в аэродинамике движителя.
  • Оптимальный вариант — вертикальные генераторы (то есть, ось вращения вала располагается перпендикулярно земле). При таком расположении аэродинамического движителя, вы вообще не зависите от направления ветра. Вращение одинаково эффективно, и зависит только от силы потока воздуха.Форма лопастей может быть самой разной, есть простор для инженерной мысли. Существует множество интересных аэродинамических проектов, разработанных научными учреждениями. Причем чертежи большинства их них представлены в свободном доступе. Причем конструкции, опубликованные в литературе технической направленности времен СССР, порой оказываются наиболее рациональными.Роторные винты имеют неоспоримое преимущество: вертикальный генератор закреплен статично, что упрощает электрическое подключение. Нет необходимости устанавливать ограничители вращения, как в горизонтальных схемах.
Читать еще:  Z14xe что за двигатель

По номиналу генерируемого напряжения

  • Ветрогенераторы, изготовленные своими руками на 220 вольт, не требуют дополнительных преобразователей величины напряжения, и являются конструкциями прямого применения. Однако их работа зависит от силы ветра. Как минимум, необходим стабилизатор на выходе, выполняющий функцию регулятора при разных оборотах вала. При отсутствии ветра, система просто не работает.Преимущества неоспоримы: как правило, используется мощный электродвигатель, на который можно устанавливать винт, непосредственно закрепив его к валу ротора. Переделки минимальны по трудозатратам, такие моторы уже имеют удобный постамент, остается лишь изготовить опорную площадку.Электродвигатели можно найти с минимальными финансовыми затратами: от любой списанной электроустановки. Например, промышленного вентилятора. Подходят и моторы от бытовой техники: стиральные машины, пылесосы.
  • 12 вольт (реже 24 вольта). Наиболее популярная конструкция — ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора. Причем он демонтируется из автомобиля-донора в комплекте с преобразователем напряжения. Переделка схемы не требуется: на выходе мы получаем либо 14 вольт (в автомобиле таким напряжением заряжается аккумулятор), либо требуемые для питания вашей энергосистемы 12 вольт. Наличие шкива позволяет сконструировать ременную передачу с требуемым соотношением оборотов. Ответную часть также можно снять с автомобиля донора.При желании, лопасти крепятся непосредственно на вал.Такие ветрогенераторы можно использовать как для непосредственного подключения к потребителю, так и в автомобильном режиме, воспроизведя систему зарядки в комплекте с аккумулятором. Если для организации энергоснабжения требуется 12 вольт, питание берется напрямую с клемм аккумулятора. Для получения 220 вольт, используется преобразователь. Подходящий вариант — источник бесперебойного питания.Система работает следующим образом: если отбираемая мощность ниже, чем может обеспечить генератор — аккумуляторные батареи заряжаются. Если порог превышен — мощность генерируется от АКБ.

Конструкция ветряка на неодимовых магнитах

Если вы хотите узнать о создании, нужно сделать основой ступицу автомобиля с дисками тормоза, такой выбор вполне оправдан, ведь она мощная, надёжная и хорошо сбалансированная. После того как вы отчистите ступицу от краски и грязи, переходите к расстановке неодимовых магнитов. Их потребуется по 20 штук на диске, размер должен составлять 25х8 миллиметров.

Магниты нужно размещать, учитывая чередование полюсов, перед склейкой лучше создать бумажный шаблон либо прочертить линии, делящие диск на сектора, чтобы не перепутать полюса. Очень важно, чтобы они, стоящие друг напротив друга, были с разными полюсами, то есть притягивались. Клеят их супер-клеем. Поднимите бордюрчики по краям дисков, и в центре намотайте скотч или залепите пластилином для недопущения растекания. Чтобы изделие работало с максимальной отдачей, катушки статора следует рассчитать правильно. Увеличение количества полюсов приводит к росту частоты тока в катушках, благодаря этому, устройство даже при низкой частоте оборота даёт большую мощность. Намотка катушек осуществляется более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них.

Когда основная часть готова, изготовляют лопасти, как в предыдущем случае и закрепляют их к мачте, что может быть изготовлена из обыкновенной пластиковой трубы с диаметром— 160 мм. В конце концов наш генератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в полтора метра и шестью крыльями, в 8м/с, способен обеспечить до 300 Вт.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector