Ветрогенератор на 220В полностью своими руками
Проживая на открытой доступной ветрам местности, просто грех не воспользоваться этим и не сделать небольшой ветряк. Он станет источником бесплатной электроэнергии, которую можно получать круглосуточно. Предлагаемая конструкция ветряка выдает напряжение 220В, что позволяет его использоваться в сочетании с некоторыми нетребовательными потребителями напрямую без дополнительного оборудования.
Материалы:
- Туристический газовый баллон;
- листовая сталь 1-2 мм;
- болты, гайки М6.;
- магниты от двигателя электровелосипеда – 16 шт.;
- эмалированная медная проволока;
- эпоксидная смола;
- алюминиевая профильная труба 10х10 мм;
- пластиковая канализационная труба 110 мм.
Процесс изготовления ветряка
Для изготовления ветряка нужно вырезать из туристического газового баллона или трубы 200 мм 2 кольца шириной 10 и 25 мм.
Затем под них вырезается по заглушке из листовой стали. Эти диски ввариваются в кольца.
Деталь из широкого кольца нужно просверлить в центре под вал ветряка. Она послужит корпусом для статора.
Вторая заготовка будет использована для ротора. Ее необходимо разделить на 3 равные сектора, и на полученных линиях приваривать по 2 болта, чтобы крепить лопасти.
В центр детали ротора изнутри приваривается под прямым углом вал, на котором будет выполняться вращения. Его можно отрезать от якоря любого сгоревшего мотора.
Под вал ветряка подбирается 2 подшипника, или же их можно снять с мотора донора. Подшипники нужно запрессовать в отрезок трубки. Если нет трубы подходящего диаметра, то можно разрезать вдоль имеющуюся большую, сузить ее и заварить.
Эта трубка приваривается внутрь статора в центр. Затем в нее впрессовываются подшипники. После этого ротор и статор стыкуются между собой.
На наружную сторону статора приваривается отрезок трубки, которая послужит кронштейном для крепления к оси вращения вехи. Также к ней в дальнейшем будет закреплен хвост с хвостовой лопастью.
Статор и ротор разбираются обратно. Внутри последнего размещаются постоянные магниты. Их нужно расположить на 4 стороны по 4 шт. Каждая группа помещается с чередованием полярности.
Чтобы закончить статор, необходимо сделать 4 намотки медного провода по 300 витков. Полученные катушки укладываются в него, и спаиваются между собой последовательно. Их концы выводятся к проводу.
Ротор и статор заливаются эпоксидной смолой. После ее высыхания генератор уже способен выдавать электричество, даже при вращении от руки.
К трубе на краю статора нужно приварить крепление для направляющего хвоста ветряка и вехи. Далее генератор окрашивается.
Лопасти ветряка делаются из пластиковых полос, вырезанных из канализационной трубы. Они прикручиваются на профильные трубы, которые в свою очередь просверливаются с краю для соединения с ротором.
Генератор устанавливается на веху таким образом, чтобы свободно вращается по оси. Затем на него прикручиваются лопасти. Хвост для улавливания направления ветра делается из отрезка профильной трубы, а его лопатка из листового металла.
В ветреную погоду такой ветряк выдает достаточно много энергии. Он способен безопасно питать нетребовательные потребители напрямую. К примеру, к нему можно подключить ТЭН, даже если обороты ветряка небольшие. При сильном ветре от него будут работать даже слабенькие электродвигатели на 220В.
Смотрите видео
Как сделать ветрогенератор из автомобильного генератора
Ниже я опишу простой пример изготовления маломощного (100-300 Ватт) ветрогенератора из автомобильного генератора, который изготавливал я. ветрогенератор своими руками это вроде-бы легко, но когда начинаешь делать возникает много вопросов, и если на них не найти ответ и делать как получится, то ничего путного н выйдет.
Автомобильный генератор легко поддаётся переделке под низко-оборотный генератор для ветряка, без всяких мультипликаторов и других сложностей. Переделка заключается в перемотке статора, и переделке ротора на неодимовые магниты, делов на пару дней и генератор готов.
Для начала работы понадобится любой авто-генератор, не важно сколько зубов на статоре и от какого автомобиля генератор, можно б/у или сгоревший. Так же понадобятся неодимовые магниты, которые можно поискать в местных магазинах радиодеталей, или заказать в интернете.
Магнитов нужно набрать на 12 или 24 магнитных полюса, в зависимости от того на сколько «зубов» статор. Можно использовать или целые магниты подходящих размеров, например 25*10*6 мм, или брать более мелкие и составлять полюса чтобы заполнить всю свободную площадь на роторе. Чем больше площадь и толщина магнитов, тем мощнее в итоге получится генератор.
Но всему есть придел, и при использовании слишком толстых и мощных магнитов будет большое залипание ротора к зубам статора. А лишнее магнитное поле выйдет за пределы статора и он станет магнитится снаружи, и это магнитное поле не будет участвовать в выработке электро-энергии. В большинстве случаев хватает даже тонких магнитов 20*10*2 мм. Подробнее смотрите как делать и расчёты генераторов в разделах сайта.
Ещё понадобится медный эмаль-провод. Если вы будете использовать магниты с силой притяжения не более 4 кг, то мотать лучше проводом 0,6мм, ну а если магниты по сильнее, то можно толщиной 0,8-1 мм мотать. Чем толще провод, тем в итоге меньше сопротивление обмотки генератора, а значит выше сила тока, но толстым проводом получится намотать меньше витков, от этого будет ниже напряжение. По-этому нужно выбирать что-то среднее, чтобы и зарядка аккумулятора начиналась уже при 200-300 об/м, и мощность генератора была высокой.
К примеру генератор можно намотать проводом 0,3 мм, тогда зарядка начнётся практически сразу как только генератор начнёт вращаться, но сила тока будет очень маленькой, а если вообще не перематывать генератор , то сила тока будет большая, но напряжения не хватит для зарядки аккумулятора, так-как ветер не сможет раскрутить винт ветрогенератора до 2000-3000 об/м. Если будете мотать проводом 0,6-0,8 мм не ошибётесь, это оптимально с магнитами 25*10*6 мм / 30*10*5 мм / 30*10*4 мм и пр. При намотке в пазы нужно вкладывать витков как можно больше, чтобы не было промежутков, так войдёт больше витков, и значит напряжение будет выше. Подробнее про расчёт генератора можно прочитать здесь — Расчёт напряжения и мощности генератора
Когда магниты и провод есть можно брать ротор и идти к токарю, чтобы он проточил ротор под магниты. Ротор нужно проточить на толщину магнитов и гильзы. Гильза нужна для замыкания магнитного поля магнитов, это увеличивает мощность и эффективность использования магнитов. Толщина гильзы обычно равна толщине магнитов. Ротор просачивается, и одевается гильза, она или приваривается или заливается эпоксидной смолой.
Кстати готовьтесь к тому что токаря не любят точить роторы авто-генераторов, так-как «крабы» стучат при обработке, а это негативно сказывается на станке. Если токарь не хочет точить «крабы» ротора, то то попросите его выточить новый ротор из цельной болванки, сразу диаметром под магниты. Когда будете точить ротор, то рассчитывайте зазор между магнитами и статором и делайте его 1 мм, например статор авто-генератора от классики внутренним диаметром 89 мм, если магниты толщиной 5 мм, то скидываем 10 мм и 2 мм на зазор, и того в общем диаметр ротора должен быть меньше внутреннего диаметра статора на 12 мм.
В случае с авто-генератором магниты нужно клеить без всякого скоса, которым снижают залипание чтобы ротор страгивался при меньшем усилии. Скос приемлем для асинхронных двигателей так-как там длинный ротор, но у авто-генератора короткий ротор и чтобы добиться ощутимого снижения залипания нужно делать скос на ширину зуб+паз. На таком скосе потеряется 30-40% мощности из-за не эффективного расположения магнитов под скосом.
Магниты на ротор обычно клеят супер-клеем, а потом обматывают скотчем и заливают эпоксидной смолой, я вообще их не приклеиваю, а просто размещаю на роторе через бумажные прокладки между магнитами чтобы они не сдвигались, а потом обматываю скотчем и заливаю эпоксидной смолой.
Как перемотать статор генератора
Новая обмотка мотается не на три зуба, а каждая катушка зуб, и катушек получится не 18 шт., а 36 шт. если статор на 36 зубов. Можно делать всыпную обмотку, то-есть сначала на самодельном станочке намотать все катушки, а потом заправлять их в пазы. Но я мотаю прямо на зубы, предварительно вставляю изоляцию из плотного картона и мотаю прямо на зуб виток витку. Так получается ровнее и плотнее, правда времени надо много на этот кропотливый процесс, но так и меньше меди уходит и сопротивление генератора меньше из-за небольших лобовых частей катушек. Количество витков чем больше влезет тем лучше, чем больше меди, тем эффективнее генератор в общем.
Катушки мотаются по трехфазной схеме, все в одном направлении. Для примера если генератор на18 зубов, первая фаза 1,4,7,10,13,16 зуб, вторая 2,5,8,11,14,17 зуб третья 3,6,9,12,15,18 зуб. После намотки статор обычно пропитывают лаком, а я просто обмазываю эпоксидной смолой. Начала и концы фаз лучше вывести наружу генератора, должно быть шесть проводов, а далее уже соединять звездой или треугольником. Подробнее можно посмотреть здесь о схемах соединения Как сделать ветрогенератор из автомобильного генератора
Соединение обмоток трёх-фазного генератора
Звездой соединяется так: все начала или концы вместе, а оставшиеся три вывода на диодный мост. Звезда дает большее напряжение на тех-же оборотах в сравнении с треугольником, по-этому зарядка начинается раньше, а треугольник дает больший ток, но начало зарядки на более высоких оборотах. Разница между звездой и треугольником по току и напряжению примерно в 1.7 раза.
Треугольником соединяется так: конец первой фазы с началом второй, а конец второй с началом третьей, а конец третьей с началом первой, эти три точки на диодный мост Ларионова, это штатный мост авто-генератора.
Когда с генератором будет окончено, то-есть он работает и генерирует электроэнергию, кстати его покрутить желательно и измерить все данные. У вас должно получится при 300об/м порядка 20-30 вольт в холостую и 2-4 Ампер на АКБ. Если так, то с генератором всё в порядке. Померяйте момент страгивания ротора, если он около 0,2-0.4 Нм то всё хорошо, а если больше, то могут возникнуть проблемы со стартом винта на слабом ветре. Как сделать раму с хвостом и поворотную ось вы наверно и сами додумаете. А вот винт это дело сложное, и о нём немного по подробнее.
Изготовление лопастей ветрогенератора
Самодельные винты для ветрогенераторов небольшой мощности обычно делают из ПВХ труб 110, 160 мм. Я кстати делал ещё и из обычной оцинкованной жести диаметром до 1,2 м, но лучше трубы по прочности и простоте изготовления вроде ничего нет. Хотя можно изготовить деревянные лопасти, или стекло-пластиковые, или купить готовые подобранные под мощность и обороты генератора.
Винты для ветрогенераторов обычно рассчитывают так чтобы получить максимум мощности на определенных ветрах. От формы и геометрии лопасти сильно зависит так называемый КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра). Но в расчёты вдаваться не будем, так-как есть уже готовый рассчитанный винт из ПВХ трубы диаметром1,5 м. На фото данные для изготовления лопастей.
Координаты для вырезания лопасти из трубы
Скриншот из программки для расчёта лопастей из ПВХ труб
Кстати его можно вырезать и из110-й трубы, просто в полтора раза уменьшить размеры, и винт будет прекрасно работать. Но 110-я труба имеет толщину стенки всего 3.2 мм, и на сильном ветру будет проявляться так называемый флаттер — рычание винта на больших оборотах из за прогиба лопастей, поэтому лучше делать из160-й трубы с толщиной стенки 4,9мм, с ней эффект флаттера не наблюдается.
Ниже новые фотографии моего генератора, от скуки решил поэкспериментировать с магнитами ротора, и заодно сделать фотографии ветрогенератора.
Автомобильный генератор
Разобранный генератор, где видно неодимовые магниты, статор и ротор, крышки генератора
На фото авто-генератор в разобранном виде. Половинки корпуса генератора, перемотанный статор проводом 0,6 мм, 3 фазы по 70 витков в катушках. 24 неодимовых магнита 30*10*5 мм для наклейки на ротор. Новый ротор выточенный из цельной болванки у токаря.
Автомобильный генератор
Внешний вид генератора в собранном виде
Так выглядит переделанный авто-генератор, здесь я экспериментирую с магнитами на роторе, на данном фото я примотал скотчем 12 магнитов со скосом, проверяю на залипание. Таким способом я пробую разное количество полюсов (12-24), заматываю магниты скотчем и кручу верчу смотря на залипание и показания вольтметра.
Переделка автогенератора на магниты
Новый ротор с неодимовыми магнитами
Новый ротор, выточенный у токаря. Изначально я хотел просто сточить когти (крабы) под гильзу, но токарь категорически не захотел стачивать эти когти, говорит станок жалко ведь будет «ды, ды, ды, ды». Тогда я сделал чертёж нового ротора и вместе с подшипниками отдал токарю.
Самодельный ветрогенератор
самодельный ветряк из авто-генератора
Вот так выглядит самодельный ветрогенератор. Мачта длинной всего 7м и три растяжки тросами диаметром 3 мм, я его один поднимаю. Лопасти из ПВХ трубы110 мм. Мощность на сильном ветру доходит до 100 ватт на акб 12 вольт, на акб 24 вольта до 300 ватт.
Самодельный ветрогенератор
внешний вид ветрогенератора
Рама ветрогенератора сварена из профильной трубы 50*25 мм. Под крепление генератора приварены два отрезка 20-й трубы. Хвост сделан из двойной оцинкованной жести. Диодный мост я примотал скотчем к раме, так проще соединять провода, чем раскручивать корпус.
Конструкция ветряка
самодельная поворотная ось ветряка
На этом фото хорошо видна поворотная ось, она состоит из двух подшипников, которые приварены к отрезку трубки, а внутри 15-й отвод с резьбой, тоже приварен прямо к подшипникам, подшипники нужно варить только прихватками, иначе их поведёт. Но лучше конечно выточить гильзу под подшипники.
ветрогенератор
самодельный ветряк из автомобильного генератора
Далее на фото уже два моих ветряка, правда мачты и ветряки еще не покрашены.
Ветряки на даче
два самодельных ветряка, установлены на дачном участке
На этом пока заканчиваю, подробнее об этих ветряках и о других смотрите в разделах, так-же если кому нужны расчёты предлагаю далее посмотреть другие статьи.
Расчет лопастей из ПВХ труб В статье много готовых, рассчитанных винтов для выбора под ваши ветрогенераторы. А так-же таблицы расчетов. Рассчитанные винты имеют все нужные данные включая координаты лекала лопастей для вырезания из труб.
Расчет складывающегося хвоста Защита ветрогенератора от сильного ветра методом смещения ветроголовки относительно поворотной оси и складывающимя хвостом. Таблицы расчета эксель, а так же формулы и описание принципа работы данной конструкции защиты ветряка от урагана.
Расчет генератора Простой пример расчета основных параметров трехфазного генератора на постоянных магнитах. Я постарался написать как можно понятнее для начинающих процесс расчета и что к чему, от чего зависят параметры генератора.
Точные расчеты для катушек ветрогенератора: намотка генератора для устройства
Изготовление ветрогенератора своими руками состоит из двух этапов. Первый — создание вращающейся турбины (крыльчатки), работа слесарная, с материалами и инструментами. Вторым этапом становится создание генератора, процедура не менее ответственная и требующая тщательности и наличия определенного опыта и знаний. При этом, изготовление генератора «на глазок» никаких полезных результатов не принесет.
Необходим расчет, позволяющий совместить характеристики крыльчатки и генератора, дающий возможность получить представление о характеристиках создаваемого устройства. Рассмотрим порядок расчета и величины, которые необходимы для его выполнения.
Уточняем тип конструкции
Прежде, чем начать расчет, следует определиться с количеством фаз генератора. Однофазные устройства выдают неравномерное напряжение, имеющее скачки амплитуды.
Если ветряк планируется использовать для питания несложных и нетребовательных механизмов или освещения, то можно обойтись однофазным генератором, но для полного комплекса оборудования — аккумуляторные батареи, инвертор — понадобится трехфазное устройство. Иначе оборудование будет получать неравномерное напряжение, что скажется на его работе и состоянии весьма отрицательно.
Кроме того, однофазные генераторы имеют одинаковое количество катушек и магнитов, из-за чего при работе постоянно гудят. При набегании магнита катушка начинает активно сопротивляться, что вызывает заметную вибрацию, опасную для конструкции генератора и всего ветряка. Затем надо уточнить особенности конструкции.
Наиболее эффективным и достаточно простым типом является генератор на неодимовых магнитах. Они обладают значительной магнитной индукцией, имеют удобные размеры. Генераторы на неодимовых магнитах достаточно просты в изготовлении и хорошо показывают себя в работе.
Заодно надо решить, как будет создан генератор — путем модернизации готового устройства (например, автомобильного генератора), или создан дисковый генератор «с нуля». Преимуществом готовых устройств является наличие качественного корпуса, ротора и всех необходимых элементов. Но понадобится переточить ротор под магниты, для чего понадобится обращаться к токарю.
Кроме того, размер обмоток, способных поместиться в пазы корпуса, ограничен, поэтому каких-то глобальных изменений в конструкцию внести не удастся. Дисковые самодельные генераторы могут иметь любые размеры, что позволяет изготовить наиболее приспособленный для имеющихся замыслов образец.
Как производится расчет генератора?
Основная формула расчета ЭДС генератора выглядит следующим образом:
V — Линейная скорость движения магнитов (М/с).
B — Магнитная индукция магнитов (Тл).
L — Активная длина проводника (м)
Используя формулу можно получить значение ЭДС генератора для определенной скорости движения (вращения) ротора. Некоторую сложность представляет собой определение величины магнитной индукции. Точного значения найти вряд ли удастся, поэтому обычно принимают значение, равное 0,8 Тл. Или, как вариант, измеряют величину зазора между магнитами и катушками статора. Считается, что зазор размером в толщину магнита обеспечивает магнитную индукцию в 1 Тл. Если зазор увеличивается, то величина индукции падает.
Активная длина проводника — это длина провода обмоток, накрытая магнитами. То есть, та часть обмоток, которая попадает в магнитное поле. Поэтому изготовление слишком больших катушек нецелесообразно, их размер должен максимально коррелировать с величинами магнитов. Для круглых магнитов на немагнитном основании активная длина принимается равной диаметру магнита, а при использовании железного статора активная длина принимается равной ширине статора, так как он весь становится сплошным магнитом.
Следует учитывать, что на аксиальных генераторах общая длина провода, использованного при намотке катушек, примерно в 2 раза больше активной длины проводника, используемой при расчетах. В этом кроется распространенная ошибка, когда при расчетах в формулу подставляется полная длина провода, что дает неверный, увеличенный результат.
Исходя из приведенной формулы можно сделать вывод — при прочих равных условиях можно увеличить ЭДС, изготавливая дисковые генераторы с большим диаметром диска. Линейная скорость магнитов увеличится, и устройство даже на низких скоростях будет вырабатывать неплохое напряжение. Однако, генератор с высоким напряжением — не самоцель, устройство должно вырабатывать именно то количество тока, какое подойдет для качественной зарядки аккумуляторов.
Нерационально создавать ветряк, если большая часть выработанного тока будет сбрасываться на балластную нагрузку. Кроме того, необходимо заранее выяснить преобладающую скорость ветра в регионе и вычислить оптимальную скорость вращения крыльчатки. В противном случае можно получить генератор, дающий слишком высокое напряжение, чреватое закипанием аккумуляторов.
Расчеты для катушек
Количество катушек должно быть кратным количеству фаз и соответствовать периодичности изменения полюсности магнитов. Для однофазных генераторов оно должно быть кратно 2 или 4, для трехфазных — кратно 3. Обычно трехфазные генераторы оборудуются 18, 24, 30 и т.д. катушками. Обычно используют соотношение числа полюсов и катушек 2:3, т.е. при 12 полюсах делают 18 катушек. Также используется обратное соотношение 4:3, когда размер магнитов невелик и их больше, чем катушек.
Для генераторов, переделанных из автомобильных устройств, можно обойтись и без расчета, поскольку пазы, созданные для укладки обмоток, имеют ограниченный размер. Обычно удаляют старые обмотки и наматывают новые, более тонким проводом для увеличения числа витков, причем, имеющиеся пазы заполняют проводом полностью. в таких условиях расчет не имеет принципиального смысла, так как в существующие гнезда войдет только определенное количество витков.
Для дисковых (аксиальных) генераторов, которые имеют широкое распространение в самодельных комплектах из-за своей простоты и надежности, количество витков катушек ограничивается только целесообразностью и необходимостью. Следует учесть, что количество витков можно уменьшить, увеличивая площадь витка.
Результат будет примерно одинаковым, но количество провода уменьшится. При этом, чем больше площадь, тем меньше полезная (активная) длина проводника, поэтому следует искать оптимальное соотношение между размерами, числом витков и толщиной провода в катушках. Обычно делается около 80-100 витков, более точное соотношение следует рассчитать исходя из собственных параметров и данных.
Намотка генератора
По классической схеме намотка катушек генератора производится в одну сторону. Это необходимо для того, чтобы ток протекал в одну сторону, иначе получится короткое замыкание и перегрев генератора. При этом, на аксиальных генераторах используется чередование направления намотки катушек, когда одна мотается по часовой стрелке, другая — против, затем снова по часовой стрелке и т.д.
Размер катушек должен соответствовать размеру магнитов — центральное отверстие примерно соответствует величине магнита. Оптимальная форма катушки слегка вытянута по направлению к центру диска, хотя многие используют круглые формы. Намотка трехфазных катушек ведется по принципу «одна через две», т.е. каждая катушка одной фазы имеет по две катушки других фаз по соседству. Производится соединение «звездой», позволяющее стабилизировать отдачу и получить более ровные показатели тока по амплитуде.
Источник https://sdelaysam-svoimirukami.ru/7727-vetrogenerator-na-220v-polnostju-svoimi-rukami.html
Источник http://e-veterok.ru/086-kak-sdelat-vetrogenerator.php
Источник https://energo.house/veter/raschety-dlya-katushek.html
