В наш век компьютерной техники и высоких технологий, многие стали задумываться об альтернативных источниках энергии — ведь богатства земных недр не безграничны. Идея использования энергии движения воздушных масс в качестве такого источника далеко не нова, но только в наше время начинает приобретать более очевидные (с точки зрения практического использования) очертания. Теперь, благодаря применению новых технологий и конструкционных материалов, стало возможным даже приобретение (или изготовление) таких установок для использования частными лицами — на ветроагрегат, установленный для дома на территории соседнего дачного участка уже не приходят глазеть толпы зевак — такое зрелище начинает становится почти обыденным.
Кардинально поменялись некоторые узлы и агрегаты ветроустановок. Если раньше генератор ветряка представлял из себя стандартную конструкцию со щеточными или кольцевыми токосъемниками, которые довольно изрядно шумели при работе (так что установка такого агрегата в жилом секторе считалась невозможной), то сейчас, с появлением сверхмощных неодимовых магнитов,
которые теряют за 10 лет лишь около 1 процента своей мощности, стало возможным изготовление одно- или трехфазных генераторов работающих почти бесшумно и при минимальных ветровых нагрузках (0,5-2,5 м/c). Появились и серьезные новации в области конструктива ветроколеса. Если раньше повсемесно применялась конструкция ветрогенератора с параллельным (по отношению к Земле) расположением оси вращения,
то сейчас все большую популярность приобретают конструкции с применением аксиального вертикального ветряка.
Применение такой конструкции обусловлено несколькими факторами: лопасти ветроколеса с горизонтальной осью вращения, направленные в сторону воздушного потока и рассекая его, создают высокий уровень шума (порядка 70, а в некоторых случаях и более децибел); для »запуска» генератора, оснащенного таким ветроколесом, требуется достаточно сильный воздушный поток — порядка 8-10 м/с (попробуйте отыскать район на планете, где ветер постоянно дул бы с такой скоростью!), как следствие — применение высоченных мачт для расположения таких конструкций; для установки ветроколеса »по ветру» требуется применение специальных »рулевых» механизмов; кроме этого необходима система торможения на случай сильного ветра. Всех этих недостатков лишена конструкция аксиального ветрогенератора с вертикальной осью вращения (см.фото). Конструкцию не нужно поднимать высоко над землей — достаточно 1-4 метров (для генератора мощностью 1,5 кВт); высота лопасти ветроколеса равна примерно 1 метру (против 3-х для генератора такой же мощности, но с горизонтальным расположением оси винта); для вращения такого агрегата, при котором он способен отдавать в нагрузку достаточную мощность, хватает легкого ветерка (1,5 м/c). Все эти факторы являются надежной предпосылкой к покупке или самостоятельному изготовлению для дома таких ветроагрегатов.
Полученную энергию легко применять для бытовых целей напрямую (с помощью инвертора) и запасать (аккумуляторы). Мощность (количество) ветроагрегатов и аккумуляторов можно высчитать по простым формулам: Wобщая = Wнагрузки * (1,3 или 1,5) — эта величина зависит от »ветроресурсов» вашего района.Количество требуемых батарей тоже можно примерно расчитать, помножив необходимую вам мощность (W) потребления в сутки на количество безветренных дней. Кроме этого, в практике самодельщиков появились схемы отопления жилища с применением ветрогенераторов, где нагрузкой являются низковольтные нагреватели (ТЭНы) погруженные в энергоемкий теплоноситель. Целесообразным считается и применение гибридных схем альтернативного энергоснабжения, с совмесным применением ветрогенераторов и солнечных батарей — смотрите нашу статью-анонс »Солнечные батареи ». В заключении хочется привести небольшое но очень важное замечание: при самостоятельном изготовлении ветрогенераторов, соблюдайте правила безопасности при работе с мощными неодимовыми магнитами — испорченный телевизор, деформированная дверца холодильника или вашей любимой машины еще не самое страшное. Гораздо страшнее раздробленные кости пальцев, зажатые между двумя магнитами или пробитые острыми металлическими инструментами руки — не очень приятно, когда лежащий на верстаке нож вдруг взлетает и с расстояния в пол-метра втыкается вам в руку, в которой находится магнит. Не нагревайте и не применяйте сильных ударных нагрузок к магнитам — нагревание (в результате обработки) приводит к потери магнитных свойств, а сильное нагревание приводит к воспламенению с выделением ядовитых веществ. Что, напугали мы вас? Не печальтесь — соблюдение всех вышеизложенных правил позволит вам избежать травм и порчи имущества, а изготовленный для дома агрегат будет радовать своей безотказной работой! Автор статьи: Электродыч.
Продолжение темы:
— Конструкция и рассчёт самодельного аксиального ветрогенератора на постоянных магнитах
— Конструкция и расчёт аксиального генератора на постоянных магнитах
Многие люди планируя создать ветрогенератор в поисках нужной информации бороздят просторы интернета, вот и я несколько месяцев делал тоже самое. Изучил множество конструкций самодельных и заводских ветряков и пришел к определённым выводам более эффективном построении аксиальных генераторов для ветряков.
Первые вопросы при построении возникают по поводу количества катушек индуктивности,количества витков и сечения эмальпровода,числа магнитов, и соотношения числа магнитных полюсов к числу катушек статора. Многие здесь советуют использовать не чётное соотношение катушек к числу полюсов. Например если катушек на статоре 9, то число магнитов должно быть 12 пар, а если катушек 12, то магнитов 16 пар.
Ниже расположен рисунок подобного ветрогенератора. Рисунок вид сверху для лучшего понимания крепления элементов хвоста и смещения втроголовки относительно поворотной оси, далее будут представлены ориентировочные размеры элементов.
Сначала опишу про соотношение катушек индуктивности к числу магнитных пар на дисках генератора.
Во-первых я считаю что такое соотношение не оправданно и снижает общую мощность генератора.Почему так?, -сам процесс генерации электроэнергии происходит при прохождении магнитного поля от магнита через медную катушку, при этом в проводе катушки начинает течь ток. Направление тока меняется в зависимости от полярности магнита.
То есть, у магнита две полярности,отрицательная и положительная (север-юг).Когда магнит ориентированный положительным полюсом проходит мимо катушки в катушке происходит индукция и начинает течь ток в определённом направлении. При этом на одном конце катушки появляется плюсовое напряжение, а на другом минусовое, то есть постоянное, но циклично меняющееся.
Когда мимо катушки проходит следующий магнит с противоположной полюсацией, то направление течения тока в катушке тоже изменяется на противоположное, и на выводах катушки минус меняется с плюсом. Эта смена постоянного напряжения происходит каждый раз когда мимо проходит очередной магнит, в связи с частой сменой тока в катушке такое напряжение и называют переменным, потому, что оно постоянно меняется. Одна смена тока в катушке индуктивности с плюса на минус и обратно называется один Герц. Если в генераторе 16 полюсов, то один оборот = 16Герц.
Каждая из катушек статора генератора это отдельный источник тока, который взаимодействует с други такими-же источниками тока,и они вместе образуют напряжение, которое складывается из параметров каждой катушки. Когда-же число катушек меньше по отношению к числу магнитов, то в процессе индуктивности одни магниты проходят катушки в определённом месте, а другие магниты немного в другом.
В следствии чего когда в одних катушках смена импульса тока произошла, то в других она только происходит, и получается что в каких -то катушках напряжение течёт в одну сторону, а в других ещё в обратную, и по отдельности какие-то катушки имеют плюс и минус в одном положении,а некоторые в другом и между собой они неправильно взаимодействуют. А так -как они соединены последовательно, то где-то в определённые моменты происходит неправильная полюсация и часть электроэнергии расходуется на замыкание, в следствии чего генератор легче крутится и происходит недобор мощности.
Ниже представлено расположение магнитов и катушек генератора в виде ленты. На рисунке А число пар магнитов равно числу катушек и смена тока происходит синхронно, а на рис.Б количество магнитных пар больше количества катушек. Из рисунка видна как на рис.Б магниты в разных частях попадают на катушки по разному, где то два на одну, а где то полтора, а где то один. В следствии чего ток в катушках разный и разное его направление, из-за этого нестабильного возбуждения катушки нагреваются и теряют часть мощности.
Для большего понимания рассмотрим пример
Представим что наши катушки это батарейки, которые соединены последовательно, и их очень быстро меняют местами, то-есть переворачивают меняя минус на плюс и обратно. И так каждый раз когда мимо проходят магниты. И если например число этих батареек 9 а магнитов 12 то получается, что какие-то магниты в какой-то момент проходят катушку-батарейку и в ней происходит смена напряжения.
А где-то магниты только заходят на катушки и сходят с предыдущих, в результате получается что часть батареек уже перекинули плюс с минусом, а часть нет, и третья часть в процессе смены. В результате часть батареек соединенных последовательно имеют последовательную полюсацию, а часть ещё другую, и пока они меняют, то те уже сменили и меняют на противоположную.
Так в определённые моменты происходит замыкание, так как в шести катушках ток уже в другом направлении, а в трех еще в предыдущем, в результате чего 6 катушек в определённый момент имеют правильную полярность по отношению друг к другу, а три неправильную по отношению к другим 6-ти.В следствии чего из-за неправильной полюсации в цепи происходит нагреви потеря мощности из за наведения на катушки нестабильного магнитного поля, и как следствие более легкое кручение генератора.
Обычно так советуют делать для ухода от залипания и легкого старта при малом ветре, но ведь статор с катушками не имеет железа, и магниты не примагничивают его создавая залипания, а значит и о залипаниях не может быть и речи. Сопротивление кручению генератор создаёт когда подключен к нагрузке и сила сопротивления зависит от мощности генератора и нагрузки,которая забирает ток, и естественно чем генератор слабее тем его легче крутить под нагрузкой.
Для большей эффективности надо чтобы во всех катушках генератора происходила синхронная смена тока минуса на плюс и обратно,тогда не будет потерь на нагрев и замыкание. Для этого надо чтобы количество магнитных пар соответствовало количеству катушек индуктивности статора.При этом магниты на всём участке цепи будут проходить одинаково по отношению к катушкам и смена импульсов будет чёткой во всех катушках, словно в одной.
Теперь о количестве витков и толщины эмаль провода для намотки. Параметры напряжения в катушке зависят от количества витков,а сила тока от толщины, то есть чем больше витков тем выше вольты, а чем толще провод тем выше амперы-сила тока. Обычно для последовательного соединения в одну фазу катушки мотают по 60 витков, а толщина провода подбирается с тем учётом, чтобы катушки уместились на статоре.
Если катушки наматываются круглые, то круглые магниты должны быть не больше внутреннего диаметра катушек, так как верхние и нижние части катушек в индукции не участвуют, а ток возбуждается в параллельных витках хода магнита. Или наматывают вытянутые катушки треугольной и конусной формы, это позволяет использовать более толстый провод и уместить их на статоре, или при соединении в звезду наматывать большее количество витков для увеличения напряжения.
Ну чтож, про соотношение катушек к числу магнитных пар я думаю понятно, теперь про число самих полюсов.Магниты на дисках располагаются с чередованием полюсов,и каждая пара магнитов на дисках должна притягиваться, то есть —++—++ и т.д. Понятно, что чем больше магнитных полюсов тем на более меньших оборотах генератор начинает давать приемлемый для зарядки ток. Но очень большое число магнитов часто трудно воплотить в конструкции, так как размеры катушек становятся очень маленькими из-за ограниченных размеров статора.
Обычно делают начиная с 12-ти полюсов, то-есть 12 магнитных пар и катушек. Такие генераторы хорошо работают с двумя — тремя лопастями. Но у 2-3-х лопастей есть один минус, они плохо стартуют на малом ветру и нестабильно работают на среднем, а плюс в том что на хорошем ветру они набирают достаточно большие обороты, до 500-800.
Аксиальный 20-ти полюсной ветрогенератор
Ветрогенератор аксиального типа на основе готовой ступицы и трехфазного генератора, который содержит 15 катушек, намотанных проводом 0.7 мм по 70 витков. Ротор данного генератора имеет 20 пар магнитов размером 20 на 5 мм, а толщина статора равна 8 мм. В этой модели используется двухлопастной винт и система защиты от сильного ветра.
Материалы и агрегаты использованные для постройки данного ветрогенератора:
1) автомобильная ступица
2) эпоксидная смола
3) металлические уголки
4) магниты размером 20 на 5 мм в количестве 40 штук
5) труба 20
6) суперклей
7) вазелин
8) ступица от прицепа "зубренок"
9) фанера
10) ламинат 8 мм
11) провод толщиной 0.7 мм
Рассмотрим более подробно основные этапы постройки и особенности конструкции данной модели ветрогенератора.
Для его изготовления автор использовал трубу диаметром 20 мм, таким образом она как раз подходит под размеры магнитов. Автор решил изготовить катушки толщиной 7 мм.
Еще одно изображение самодельного станка для намотки катушек:
Автор отмечает, что благодаря данному станку, собранному из подручных материалов, намотка катушек прошла без особых трудностей. Главное мотать катушки виток к витку давая несильную натяжку для того, чтобы витки плотнее прижимались друг к другу.
Итак, автор приступил к изготовлению катушек для генератора. Для того, чтобы катушки не развалились после намотки автор промазывал их клеем для пластика, а так же дополнительно обернул оконным скотчем. Для намотки катушек автор использовал провод толщиной 0.7 мм по 70 витков на каждую катушку. Хотя после конечной сборки автор решил, что нужно было делать по 90 витков, это позволило бы выиграть по напряжению.
Далее была изготовлена форма для заливки статора. Автор решил сделать форму на подложке из фанеры. Для этого на фанеру была нанесена разметка, которая позволит более точно разместить катушки. Средняя часть формы сделана из ламината толщиной 8 мм. Для того, чтобы эпоксидная смола не приставала к форме, автор смазал ее вазелином, это позволит затем легко извлечь статор из заготовки после затвердевания эпоксидной смолы.
Для проводов были сделаны специальные канавки при помощи болгарки.
Катушки статора были соединены пофазно, все шесть проводов от фаз были выведены по канавкам наружу, после чего провода были замазаны пластилином для того, чтобы смола не вытекала. В последствии автор соединил фазы звездой.
На следующий день статор был извлечен из формы, и автор слегка обработал края для ровности. Магниты на дисках автор так же решил залить эпоксидной смолой для большей надежности.
На фотографиях ниже можно рассмотреть, как была выполнена поворотная ось ветрогенератора:
Основой для изготовления поворотной оси послужила автомобильная ступица. Для того, чтобы защитить будущий ветрогенератор от слишком сильного ветра автор использовал стандартную конструкцию увода от ветра путем складывания хвоста. Важно заметить, что ветроголовку необходимо вынести минимум на 100 мм, иначе защита от ветра не будет работать так как ось генератора будет расположена слишком близко к поворотной оси.
Так же к конструкции был приварен штырь под углом в 20 градусов и на 45 градусов относительно винта, на этот штырь одевается хвост ветрогенератора.
Рассмотрим конструкцию ступицы генератора.
За основу самого генератора была взята ступица от прицепа "Зубренок". Автор использовал неодимовые магниты размером 20х5 мм. На каждый диск ушло по 20 магнитов. Ступица была закручена через пластину, на которую прикреплены уголки. Статор генератора будет держаться на шпильках.
Далее автор приступил к изготовлению дисков с магнитами.
Магниты были прикреплены на диски при помощи суперклея. Для того, чтобы сделать все максимально точно автор изготовил шаблон из картона. Так же важно заметить, что магниты должны клеиться с чередованием полюсов, таким образом, чтобы на генераторе диски с магнитами притягивались.
Ниже можно рассмотреть, как именно был закреплен хвост ветрогенератора, который будет защищать его от сильного ветра:
На фотографии ветроголовка была размещена слишком близко к поворотной оси ветрогенератора, что в последующем было выявлено на испытаниях и устранено. Однако само крепление хвоста и углы наклона верные. После доведения конструкции до ума, она отлично себя проявила: при усилении ветра винт отворачивается, а хвост складывается и поднимается вверх.
Затем генератор был собран и покрашен. После покраски автор решил испытать работу генератора. От руки удалось раскрутить генератор до 30 вольт с силой тока кз 4.5 А.
Данный генератора работает на 3 светодиодные ленты по 25 ватт каждая, но в будущем автор планирует более серьезно подойти к расчету винта для генератора и подключить аккумулятор.
статья взята с сети интернет: http://usamodelkina.ru/
Следите за новостями!
То, что генератор на неодимовых магнитах, например ветрогенератор, является полезным, уже ни у кого не вызывает сомнений. Если даже все приборы в доме и не удастся обеспечить энергией таким способом, то все-таки при длительном использовании он покажет себя с выигрышной стороны. Изготовление прибора своими руками сделает эксплуатацию еще экономичнее и приятнее.
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.
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.
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 На неодимовых магнитах, как некоторые считают, технология вполне может обрести реальные очертания.
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 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.
Область применения
Таким образом, ветрогенератор, в зависимости от своей мощности, способен обеспечить энергией разные строения.
Городские квартиры.
Частные дома, дачи, магазины, мойки.
Детские сады, больницы, порты и другие городские учреждения.
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.
Наиболее распространенные модели
Генератор на неодимовых магнитах может быть изготовлен на одинарном или двойном креплении. Помимо основных неодимовых, в конструкции могут быть предусмотрены дополнительные ферритовые магниты. Высоту крыла делают разную, в основном от одного до трех метров.
Более мощные модели имеют двойное крепление. В них также устанавливаются дополнительные генераторы на ферритовых магнитах и имеется различная высота крыла и диаметр.
Самодельные конструкции
Учитывая то, что приобрести генератор на неодимовых магнитах, работающий от ветра, далеко не всем по карману, часто решаются на сооружение конструкции своими руками. Рассмотрим различные варианты устройств, которые без труда можно сделать самостоятельно.
Ветрогенератор своими руками
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.
Каким может быть устройство неподвижного генератора
Известно, что электродвижущая сила через провод генерируется посредством изменения магнитного поля. В сердечнике неподвижного генератора 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.
Как сделать вечный двигатель
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.
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.
Трех- или однофазный
Генератор на неодимовых магнитах обычно делают конструкция при нагрузке будет работать с вибрацией, так как не обеспечится постоянная отдача тока, из-за чего получится скачкообразная амплитуда.
Зато при трехфазной системе в любое время гарантируется постоянная мощность благодаря компенсации фаз. Поэтому ни вибрации не будет возникать, ни гудения. А эффективность работы станет на пятьдесят процентов выше, чем с одной фазой.
Намотка катушки и остальная сборка
Расчет генератора на неодимовых магнитах в основном делается на глаз. Но лучше, конечно, добиваться точности. Например, для тихоходного устройства, где зарядка аккумулятора начинала бы функционировать при 100—150 оборотах в минуту, потребуется от 1000 до 1200 витков. Общее количество делится на количество катушек. Столько потребуется витков в каждую из них. Катушки наматывают по возможности наиболее толстым проводом, так как при меньшем сопротивлении ток будет больше (при большом напряжении сопротивлением весь ток заберется).
Обычно используют круглые, но лучше мотать катушки вытянутой формы. Внутреннее отверстие должно равняться диаметру магнита или быть больше него. Кроме того, оптимальный магнит получится в виде прямоугольника, а не шайбы, так как у первых магнитное поле растянуто по длине, а у последних — сосредоточено в центре.
Толщину статора делают равной толщине магнитов. Для формы можно использовать фанеру. На ее дне и поверх катушек размещают стеклоткань для прочности. Катушки соединяют между собой, и каждую фазу выводят наружу для соединения затем треугольником или звездой.
Остается сделать мачту и надежное основание.
Конечно, это не вечный двигатель на неодимовых магнитах. Однако экономия при использовании ветрогенератора будет обеспечена.
Дорогостоящая и не всегда полностью эффективная затея. Образцы ветряков, имеющиеся в продаже, имеют ограниченный срок службы, низкую ремонтопригодность и высокую цену. Покупка такого комплекта не по карману многим потенциальным пользователям. Выходом из положения становится , обходящееся гораздо дешевле и позволяющее получить устройство с высокой эффективностью и производительностью.
Имеет высокую ремонтопригодность и, как следствие, длительный срок службы. Зачастую конструкцию по ходу эксплуатации модернизируют, улучшают и доводят до максимально возможных параметров, чего нельзя сделать с заводскими комплектами.
Тихоходные ветрогенераторы
Наиболее привлекательными конструкциями ветряков для большинства регионов России являются образцы, дающие высокие показатели на слабых и средних ветрах — . 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.
Изготовление ротора на постоянных магнитах
Конструкция генератора на постоянных магнитах в каком-то смысле проще, чем с электромагнитным возбуждением. Создание такого устройства может выполняться как на базе готового генератора, так и при помощи подручных материалов.
Модификация автомобильного генератора
Создание ротора на постоянных магнитах требует достаточно серьезного вмешательства в конструкцию. Необходимо уменьшить диаметр на толщину магнитов плюс толщину стальной гильзы, которая одевается на ротор для образования сплошного магнитного потока и одновременно служит посадочной площадкой под магниты. Некоторые специалисты обходятся без гильзы, устанавливая магниты прямо на ротор с уменьшенным диаметром и фиксируя на эпоксидку.
Процесс изготовления требует участия производственного оборудования. В токарный станок зажимается ротор и аккуратно снимается слой с таким расчетом, чтобы установленные магниты вращались с минимальным зазором, но вполне свободно. Установка магнитов производится на пластины ротора с чередованием полюсности.
Наибольшего эффекта удается добиться при установке относительно небольших по размерам магнитов, расположенных рядами в продольном направлении. Достигается ровный и мощный магнитный поток, воздействующий на силовые обмотки статора с равномерной плотностью во всех точках.
Изготовление ротора из ступицы и тормозного диска
Рассмотренный способ относится к готовым генераторам, нуждающимся в небольших изменениях конструкции. К таким устройствам относятся автомобильные генераторы, часто применяющиеся самодеятельными конструкторами в качестве базового устройства. Зачастую генераторы собирают полностью самостоятельно, не имея готового устройства.
В таких случаях действуют несколько иначе. За основу берется автомобильная ступица с тормозным диском. Она качественно отбалансирована, прочна и приспособлена к нагрузкам определенного рода. Кроме того, размер ступицы позволяет разместить по окружности большое число магнитов, позволяя получить трехфазное напряжение.
Магниты с чередованием полюсности размещают на равноудаленном от центра расстоянии. Очевидно, что наибольшее число можно установить, если приклеивать их как можно ближе к наружному краю. Наиболее точным показателем станет размер магнитов, который определит возможность размещения на определенном расстоянии. Число магнитов должно быть четным, чтобы не сбивался ритм чередования полюсов при вращении.
Наклейка магнитов на ступицу производится при помощи любого клея, оптимальным вариантом считается эпоксидная смола, которой заливают магниты полностью. Это защищает их от воздействия влаги или от механических воздействий. Перед заливкой по краю ступицы рекомендуется сделать бортик из пластилина, не позволяющий эпоксидке стекать со ступицы вниз.
Конструкция генератора на автомобильной ступице наиболее удобна при изготовлении вертикального ветряка. Примечательно, что подобную схему можно использовать и без ступицы, на диске, вырезанном из обычной фанеры. Такая конструкция намного легче, позволяет выбирать удобный размер, что делает возможным создание чувствительного и производительного устройства.
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.
Изготовление статора
Статор - это неподвижная часть генератора, несущая силовую обмотку, индуцирующую электрический ток. В зависимости от типа конструкции, статор может быть использован от готового устройства (например, от автомобильного генератора), или изготовлен с нуля самостоятельно. Техника изготовления в каждом случае своя, но принцип остается общий - по окружности, охватывающей вращающийся ротор, располагаются катушки, вырабатывающие переменный ток.
При модификации автомобильного генератора иногда силовые обмотки не трогают, предпочитая изменить конструкцию ротора и на этом остановиться. Чаще всего причиной тому является слабая техническая или теоретическая подготовка, когда мастер имеет весьма смутное представление, как именно подобные вещи делаются. Рассмотрим вопрос внимательнее:
Выбор количества фаз
Многие мастера пытаются облегчить себе задачу, делая генератор на одну фазу. В данном случае простота весьма сомнительная, так как экономия усилий получается только на стадии намотки катушек. Зато при эксплуатации получается неприятный эффект - амплитуда напряжения имеет классический вид, отчего выпрямленный ток имеет пульсирующую структуру.
Скачки противопоказаны аккумуляторам, создают отрицательное воздействие на все узлы комплекса и способствуют быстрому выходу из строя. Появляется вибрация, которая может стать причиной жалоб соседей, источником неприятных ощущений для людей или животных.
Трехфазная конструкция, напротив, имеет более мягкую огибающую, в выпрямленном состоянии ток практически не имеет каких-либо отклонений. Мощность устройства имеет стабильное значение, сохраняется в рабочем состоянии механическая и электрическая часть агрегата.
Выбор между трех- и однофазным устройством однозначно следует делать в сторону трехфазной конструкции. Количество намотанных катушек возрастает, но число витков не настолько велико, чтобы отказываться от более качественного результата из-за призрачной экономии времени.
Модификация статора автогенератора
Имеет готовые силовые катушки, плотно уложенные в каналах статора. Для получения качественного результата требуется изменить чувствительность статора, поскольку номинальная частота вращения автомобильного двигателя находится в пределах 2000-3000 об/мин, а на пике может подниматься до 5000-6000 об/мин. Таких параметров ветряк выдать не в состоянии, а использование повышающей передачи значительно снизит мощность крыльчатки.
Решением вопроса становится увеличение количества витков, для чего старые обмотки демонтируются, а на их место наматываются новые, с большим числом витков из более тонкого провода. При этом, нельзя использовать слишком тонкий провод, так как с возрастанием числа витков растет и сопротивление, делающее генератор менее производительным. Необходимо соблюдать «золотую середину», увеличивая количество аккуратно, без излишнего рвения.
Важно! Подобная операция требует расчета, но на практике чаще всего поступают проще - наматывают столько витков, сколько способна вместить конструкция статора. Результат обычно достигается положительный, поскольку слишком большое число витков вместить не получится.
Изготовление статора аксиального типа
Такая конструкция подойдет для генератора аксиального типа, ротор которого создан из ступицы и тормозного диска от автомобильного колеса. Статор имеет форму плоского диска, по окружности которого расположены силовые обмотки. Они должны быть намотаны из достаточно толстого провода, чтобы число витков было достаточным, но и сопротивление не снижало эффективность конструкции. Количество катушек кратно трем, чтобы на каждую фазу приходилось одинаковое количество.
Соединяются они между собой звездой, для каждой фазы соединяются 1, 4, 7, 10 и т.д. При намотке однофазного статора каждая катушка мотается в противоположном направлении - первая по часовой стрелке, вторая - против, затем опять по часовой и т.д. соединяются они последовательно.
Готовый статор устанавливается соосно с ротором. Зазор между катушками и неодимовыми магнитами должен быть минимальным, но ход ротора свободный, без соприкосновения с катушками.
Для защиты от влаги, пыли или прочих воздействий катушки обычно заливают эпоксидной смолой. Для этого предварительно делается по внешнему краю диска статора бортик из пластилина высотой, немного превышающей слой заливки.
Сборка крыльчатки
Крыльчатка должна обеспечивать максимальную чувствительность. Перед тем, как начать создание ветряка, следует подробно изучить метеорологическую обстановку в регионе, направление и скорость преобладающих ветров, частоту и силу шквалистых порывов, возможность ураганов. Эта информация поможет выбрать наиболее подходящую конструкцию ветряка (вертикальный или горизонтальный, размер, количество лопастей и т.п.).
Создание крыльчатки производится из подручного материала на основании параметров генератора. Размер лопастей должен обеспечивать начало вращения при невысоких скоростях потока, но не создавать чрезмерно большой преграды. Это снизит риск падения мачты при сильном порыве или шквале.
Регионы с нестабильными и часто меняющимися ветрами (каких большинство в России) больше подходят для эксплуатации вертикальных конструкций. Горизонтальные ветряки считаются более эффективными, но нуждаются в установке на высокие мачты, что создает проблемы при обслуживании.
Рабочее колесо ветрогенератора должно быть качественно отбалансировано и прочно соединено. Установка комплекта на крышу дома запрещается, особенно, если в нем проживает несколько семей. Рекомендуется выбирать открытое место на возвышении неподалеку от дома, чтобы длина кабеля не создавала большого сопротивления. Поблизости не должно быть преград, высоких деревьев или зданий, заслоняющих прямой поток ветра.
