Как сделать мощный генератор для ветряка. Самодельная домашняя ветроэлектростанция.

Неисчерпаемая энергия, которую несут с собой воздушные массы, всегда привлекала внимание людей. Наши прадеды научились запрягать ветер в паруса и колеса ветряных мельниц, после чего он два столетия бесцельно носился по необозримым просторам Земли.

Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.

Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.

Что такое ветрогенератор?

Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.

Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).

Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.

Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.

В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.

Основные виды ветрогенераторов и их особенности

Существует две разновидности ветрогенераторов:

1. С горизонтальным расположением ротора.
2. С вертикальным ротором.

Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).

Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).

К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов. Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.

Роторные колеса вертикальных ветряков

Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.

Как рассчитать и подобрать ветрогенератор?

Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем. Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.

Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.

Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.

Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт. При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.

Выбор ветрогенератора. Ориентировочные цены

Цены на вертикальные отечественные ветрогенераторы мощностью 1,5-2,0 кВт находятся в диапазоне от 90 до 110 тысяч рублей. Комплектация при такой цене включает только генератор с лопастями, без мачты и дополнительного оборудования (контроллер, инвертор, кабель, аккумуляторы). Полнокомплектная электростанция вместе с монтажом обойдется дороже на 40-60%.

Стоимость более мощных ветроустановок (3-5 кВт) составляет от 350 до 450 тысяч рублей (с дополнительным оборудованием и монтажными работами).

Ветряк своими руками. Забава или реальная экономия?

Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.

Генератор

Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.

В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.

Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.

В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров. С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.

Мотор-колесо – готовый генератор для самодельной ветряной электростанции

Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.

Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.

Самодельные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения работают от пропеллерного винта. Домашние умельцы собирают его из труб ПВХ диаметром 160-250 мм. Монтаж лопастей выполняется на круглой стальной пластине с посадочным отверстием для вала генератора.

Сегодня мы поговорим о том, как самому сделать ветрогенератор, ветряной двигатель, электростанцию или проще ветряк своими руками из подручных материалов в домашних условиях. Так же рассмотрим подробные схемы и чертежи ветряного генератора с наглядными иллюстрациями

Ветрогенератор – это ветроколесо с большими лопастями, редуктор (специальный механизм, который преобразует и передает крутящий момент), мачта для установки устройства, аккумуляторная батарея и инвертор (необходим для преобразования полученного постоянного тока в эффективный переменный ток).

Предполагается, что рассматриваемая нами конструкция генератора будет состоять из следующих основных частей:

· собственно ветрогенератор, собранный на базе двигателя промышленного изготовления;

· электронный блок управления зарядкой;

· комплект соединительных проводов;

В качестве электрического привода в рассматриваемой конструкции используется двигатель постоянного тока, которым комплектуются некоторые модели так называемых «бегущих дорожек» (260V, 5A). При этом обратный (генераторный) эффект мы получим за счёт того, что любое устройство подобного типа в отношении формируемого им электромагнитного поля является обратимым. При наличии вращательного усилия на валу двигатель автоматически превращается в генератор.

Большую часть материалов, используемых в этом изделии, вы сможете приобрести в любом хозяйственном магазине. Помимо двигателя от дорожки вам потребуется следующий набор комплектующих изделий и расходных материалов:

· специальная нарезная втулка;

· мост диодный на токи 30-50A;

· кусок полихлорвиниловой трубки.

Кроме того, для изготовления хвостовика и корпуса генератора необходимо подготовить следующие детали и расходный материал:

· Труба квадратная 25х25 мм;

Сборка ветрогенератора своими руками

Изготовление ветрогенератора начинаем с подготовки лопастей, которые можно вырезать из тонких полосок дюралюминия. Примерная форма лопастей генератора приведена ниже.

Перед креплением заготовки следует тщательно обработать шкуркой до получения необходимого профиля, таким образом, чтобы передняя кромка была закруглена, а задняя – оставалась заостренной.

Хвостовик делаем из жести, причём его размер и форма не играют решающей роли – главное, чтобы он был достаточно жёстким.
Затем берём снятый с беговой дорожки двигатель с прикрепленной к нему втулкой и отмечаем на нём места расположения трёх отверстий на расстоянии примерно 10 см от центра (на равном удалении друг от друга). Затем просверливаем по получившейся разметке отверстия и нарезаем резьбу под крепёжные болты.

Монтаж ветряного генератора

Окончательную сборку ветрогенератора в домашних условиях проводим в следующей последовательности:

1. Разрежьте трубку ПВХ на две части и проложите полученным материалом то место на квадратной трубе, куда вы собираетесь крепить ваш двигатель. Расположите диодный мостик неподалёку от двигателя и закрепите его при помощи саморезов.

2. Соедините выходящий из двигателя провод черного цвета с «плюсом» диодного моста.

3. Присоедините выходящий от двигателя провод красного цвета к «минусу» моста.

4. Положение хвостовика настройте таким образом, чтобы плоскость всей системы была параллельна земле. Прилаживаем хвостовик к трубе и крепим его на ней при помощи заранее приготовленных саморезов.

5. Размещаем помеченные ранее лопасти на свои места и крепим их болтами с шайбами на втулку, причём на ближние к оси отверстия устанавливаем по две шайбы (с каждой стороны основания лопасти). Для трех наружных отверстий устанавливаем по одной шайбе (со стороны болта). После этого основательно затягиваем полученные соединения.

6. Надёжно зафиксировав вал двигателя, надеваем на него втулку с лопастями и с помощью плоскогубцев заворачиваем ее до упора, против хода часовой стрелки.

7. Затем проворачиваем патрубок к маскирующему фланцу с помощью газового ключа.

8. После этого проводим балансировку основания трубы с закреплённым на ней двигателем и хвостовиком и отмечаем точку равновесного положения.

9. В этой точке производим крепление несущего основания к мачте (для удобства вам, возможно, придется открутить для этого втулку и хвостовик).

10. Закрепляем основание на саморезы и восстанавливаем убранные ранее узлы.

Ветряной генератор может прослужить вам значительно дольше, если вы покрасите не только его лопасти, но также основание, хвостовик и защитный кожух двигателя.

Для включения ветряного устройства в рабочую электрическую сеть вам обязательно понадобится комплект проводов, контроллер зарядки батарей, амперметр и нагрузка (аккумуляторная батарея).

Что касается несущей мачты, то сразу отметим её особое значение для надёжного крепления генератора, что гарантирует его долгую и бесперебойную эксплуатацию. Этот элемент конструкции не только должен быть достаточно прочным, но ещё и обязан иметь хорошую устойчивость. Кроме того, совсем не помешает, если мачта будет оборудована простейшим механизмом опускания и подъёма основания с двигателем.

Энергия ветра потоком вращает колесо ветряка с лопастями, через редуктор крутящий момент начинает передаваться на генераторный вал. Так происходит превращение механической энергии в электрическую.

Рабочая мощность ветрогенераторов прямо пропорциональна параметрам ветроколеса, скорости ветра (по среднему показателю) и высоте мачты. Обычно диаметр лопастей ветрогенераторов может варьировать от 0.5м до более 50 метров.

Большинство существующих ветрогенераторов относят к сетевым турбинам. Это означает, что они работают лишь при наличии электрической сети (локальной или централизованной, например, при помощи дизель генераторов). Это объясняется нестабильностью потоков ветра. Сеть выполняет в данном случае стабилизирующий эффект. Основное условие использования сетевого ветрогенератора: мощность сети обязательно быть выше мощности ветродвигательной установки минимум в 1.8 раза. При мощных потоках ветра лопасти ветрогенератора начинают вращаться. Получаемая энергия вращения начинает передаваться на мультипликатор (электрический генератор) через ротор. Существуют конструкции ветрогенератора, где не устанавливают мультипликатор для увеличения производительности. Ветродвигатели могут функционировать по одному, как единичный комплекс, или большими группами, образуя своеобразный ветропарк.

Перед тем как сделать ветрогенератор своими руками, нужно определиться, какой тип устройства будет производиться – горизонтальный или вертикальный (роторный) тип ветродвигателя. Более простой и доступный вариант – монтаж вертикального ветрогенератора, так как у этой системы выше коэффициент эффективного воздействия ветра, а его балансировка устройства значительно легче. Чем мощнее будет выбранный генератор, тем больше диаметр и вес ветроколеса. Соответственно значительно возрастает сложность конструкции, ее балансировка и закрепление.

Комплектующие детали и элементы самодельной ветряной электростанции:

· аккумулятор 12V (можно взять автомобильный, но лучше приобрести альтернативный, стоимость его около 40 у.е., но он более долговечный и безопасный)
· ротор 1,5-2м

· большое металлическое ведро или металлическая бочка (из нержавейки или алюминия)

· реле для зарядки аккумулятора

· реле заряда лампы (например, автомобильное)
· полугерметичный выключатель.

· вольтметр (можно взять автомобильный или от любого бывшего в употреблении измерительного устройства)

· мачта с высотой от 2 до 10 метров (можно сделать самостоятельно из труб ПВХ и металлических комплектующих для основания)

· четыре болта марки М6

· 2 хомута или нержавеющая проволока (для крепления к мачте)

Перед установкой конструкции мачты заливают фундамент по объему сечения трубы и основания, с учетом нюансов климата и грунта на участке. Мачту с ветродвигателем устанавливают после достижения бетонной смеси максимальной прочности (не меньше недели). Менее надежным вариантом является простое зарывание мачты в грунт на полметра с использованием растяжек. Ротор
Делают ротор и переделывают шкив (фрикционное колесо с канавкой или ободом по окружности, передающее движение канату или приводному ремню) генератора. Выбирают диаметр ротора, исходя из среднестатистической скорости ветра. Диаметр ротора подбирают по среднегодовому показателю скорости ветра. По факту, до скорости 6-7 м/с производительная мощность у ротора 3 м будет выше.
Лопасти

Бочку нужно разделить на 4 абсолютно равные части при помощи маркера и рулетки, и вырезают будущие лопасти болгаркой или ножницами по металлу. Далее крепят их к генератору болтами к днищу и шкиву. Места для болтов вымеряют очень точно, чтобы в дальнейшем не приходилось постоянно регулировать вращение. На бочке отгибают лопасти, но разумно, чтобы избежать слишком резких порывов при потоке ветра.

Присоединяют провода к генератору и собирают цепь в дозе. Крепят генератор к мачте, фиксируют провода к генератору и мачте. Затем соединяют в цепь генератор и подсоединяют в цепь аккумулятор. Подключают нагрузку при помощи проводов (сечением до 2.5 кВ). Скорость вращения устройства задается степенью изгиба лопастей. Такого ветрогенератора должно хватить для полного энергообеспечения дачи или загородного дома.

Увеличение выработки электроэнергии

Учтите, что повышение мачты до 20-25м может повысить среднюю скорость ветра до 30%. При этом увеличится выработка энергии до 1,5 раз. Также к приёму прибегают при пониженной скорости ветра (менее 4м/с). Высокая мачта устранит влияние построек и деревьев.

Вырезание лопастей – у нас получится три набора лопастей (всего девять штук) и тонкая полоска отходов.
· Поместите нашу ПВХ трубу длиной 60 см на плоскую поверхность вместе с отрезком трубы квадратного сечения (можно использовать любой другой достаточно длинный предмет с ровной кромкой). Плотно прижмите их друг к другу и проведите на ПВХ трубе линию в месте их соприкосновения по всей ее длине. Эту линию назовем А.

· Сделайте отметки с каждого конца линии А, отступив от края трубы по 1-1,5 см.

· Склейте вместе три листа бумаги формата А4 так, чтобы они образовали длинный прямой кусок бумаги. Вам предстоит обернуть им трубу, прикладывая по очереди к только что сделанным отметкам на ней. Убедитесь, что короткая сторона куска бумаги плотно и ровно прилегает к линии А, а длинная — ровно перекрывается в тех местах, где идет внахлест сама с собой. С каждого конца трубы проведите линию вдоль края бумаги. Назовем одну из этих линий В, другую – С.

· Возьмите трубу так, чтобы конец трубы, ближайший к линии В смотрел вверх. Начните там, где линии А и В пересекаются и делайте отметки на линии В каждые 145 мм, двигаясь влево от линии А. Последний отрезок должен получиться длиной около 115 мм.

· Переверните трубу вверх тем концом, который является ближайшим к линии С. Начните с точки, где линии А и С пересекаются, и также наносите отметки на линии С каждые 145 мм, но двигаться нужно вправо от линии А.

· При помощи квадратной трубки соедините линиями соответствующие друг другу точки на противоположных концах ПВХ трубы.

· Разрежьте трубу вдоль по этим линиям, используя электролобзик, таким образом, чтобы у Вас получилось четыре полоски шириной 145 мм и одна – около 115 мм.
· Разложите все полоски внутренней поверхностью трубы вниз.

· Сделайте на каждой полоске отметки по узкой стороне с одного конца, отступая с левого края 115 мм.

· Повторите то же самое с другого конца, отступая по 30 мм с левого края.

· Соедините эти точки линиями, пересекая полоски разрезанной трубы по диагонали. Распилите пластик по этим линиям при помощи лобзика.

· Полученные лопасти положите внутренней поверхностью трубы вниз.

· Сделайте на каждой отметку по линии диагонального распила на расстоянии 7,5 см от широкого конца лопасти.

· Сделайте другую отметку на широком конце каждой лопасти на расстоянии 2,5 см от длинной прямой кромки.

· Соедините эти точки линией и отрежьте получившийся уголок по ней. Это предохранит лопасти от заламывания побочным ветром.

Размеры хвоста не имеют решающего значения. Вам нужен кусок легкого материала размером 30х30 см, желательно металла (жести). Вы можете придать хвостовику любые очертания, главным критерием является его жесткость.

Сверление отверстий в трубе квадратного сечения – используйте сверло 7,5 мм.

Поместите двигатель на передний конец квадратной трубы таким образом, чтобы втулка выступала за край трубы, и отверстия под крепежные болты смотрели вниз. Отметьте положение отверстий на трубе и просверлите трубу в отмеченных местах насквозь.

Отверстия в маскирующем фланце – этот момент будет описан ниже, в разделе данной инструкции, посвященном монтажу, так как эти отверстия определяют баланс конструкции.
Сверление отверстий в лопастях — используйте сверло 6,5 мм.

· Отметьте два отверстия на широком конце каждой из трех лопастей вдоль их прямой (задней) кромки. Первое отверстие должно быть на расстоянии 9,5 мм от прямой кромки и 13 мм от нижнего края лопасти. Второе – на расстоянии 9,5 мм от прямой кромки и 32 мм от нижнего края лопасти.

· Просверлите эти шесть отверстий.
Сверление и нарезание отверстий во втулке – используйте сверло 5,5 мм и метчик на 1/4″.

· Двигатель от беговой дорожки поставляется с прикрепленной к нему втулкой. Чтобы снять ее, плотно зафиксируйте плоскогубцами вал, выступающий из втулки, и поверните втулку по ходу часовой стрелки. Она отвинчивается по часовой стрелке, именно поэтому лопасти вращаются против хода часовой стрелки.

· Сделайте шаблон втулки на листе бумаги, используя циркуль и транспортир.

· Отметьте три отверстия, каждое из которых находится на расстоянии 6 см от центра круга и на равном расстоянии друг от друга.

· Поместите этот шаблон на втулку и набейте на ней предварительные отверстия сквозь бумагу в отмеченных местах.

· Просверлите эти отверстия сверлом 5,5 мм.

· Нанесите на них резьбу метчиком 1/4″х20.

· Прикрутите лопасти к втулке болтами 1/4«х20 мм. В этот момент внешние, близкие к границам втулки отверстия еще не просверлены.

· Измерьте расстояние между прямыми кромками кончиков каждой лопасти. Отрегулируйте их так, чтобы они были равноудалены. Наметьте и набейте каждое отверстие на втулке сквозь каждую лопасть.

· Сделайте отметки на каждой лопасти и втулке, чтобы Вы не перепутали места крепления каждой из них на более поздней стадии сборки.

· Скрутите лопасти с втулки, просверлите и нанесите резьбу на эти три внешних отверстия.

Изготовление защитного рукава для двигателя.

· Проведите на нашем отрезке ПВХ трубы диаметром 7,5 см вдоль ее длины две параллельные линии на расстоянии 2 см друг от друга. Разрежьте трубу по этим линиям.

· Срежьте один из концов трубы под углом 45°.

· Поместите остроносые плоскогубцы в образовавшуюся прорезь и осматривайте трубу сквозь нее.

· Убедитесь, что отверстия под болты на двигателе отцентрированы по середине прорези в ПВХ трубе и поместите двигатель в трубу. С помощником сделать это намного легче.
Монтаж

· Поместите двигатель на трубу квадратного сечения и прикрутите его к ней, используя болты 8х19 мм.

· Разместите диод на квадратной трубе за двигателем на расстоянии 5 см от него. Прикрутите его к трубе саморезом.

· Присоедините черный провод выходящий из двигателя к “плюсовому” входящему контакту диода (он обозначен АС со стороны “плюса”).

· Присоедините красный провод выходящий из двигателя к “отрицательному” входящему контакту диода (он обозначен АС со стороны “минуса”).

· Разместите хвостовик так, чтобы конец квадратной трубы, противоположный тому на котором размещен двигатель, проходил по его центру. Прижмите хвост к трубе при помощи струбцины или тисков.

· Прикрутите хвостовик к трубе при помощи двух саморезов.

· Разместите все лопасти на втулке таким образом, чтобы все отверстия совпали. Используя болты 6х20 мм и шайбы, прикрутите лопасти к втулке. Для трех отверстий внутреннего круга (ближайших к оси втулки) используйте по две шайбы, по одной с каждой стороны лопасти. Для трех остальных используйте по одной (со стороны лопасти, ближайшей к головке болта). Туго затяните. .

· Надежно зафиксируйте вал двигателя (который проходил через отверстие во втулке) плоскогубцами и, надев втулку, поворачивайте ее против хода часовой стрелки, пока она не закрутится до конца.

· При помощи газового ключа плотно прикрутите патрубок 50 мм к маскирующему фланцу.

· Зажмите патрубок в тисках так, чтобы фланец был расположен горизонтально над губками тисков.

· Расположите квадратную трубу, несущую на себе двигатель и хвостовик, на фланце и добейтесь ее идеально сбалансированного положения.

· После достижения сбалансированности сделайте метки на квадратной трубе сквозь отверстия во фланце.

· Просверлите эти два отверстия, используя сверло 5,5 мм. Возможно, придется скрутить для этого хвост и втулку, чтобы они не мешали Вам.

· Прикрутите несущую квадратную трубу к фланцу двумя саморезами.

Для того, чтобы продлить срок службы Вашего ветрогенератора необходимо покрасить его лопасти, защитный рукав двигателя, основание и хвостовик.

Для использования ветрогенератора Вам понадобится мачта, провода, амперметр, контроллер зарядки и аккумуляторные батареи.
Мачта является одним из самых важных компонентов ветрогенератора. Она должна быть прочной, устойчивой, надежно закрепленной и легко опускаемой/поднимаемой. Чем больше будет ее высота, тем большему воздействию ветра будет подвергаться ваш генератор. Проволочные растяжки должны быть расположены через каждые 5,5 м высоты мачты. Растяжки следует закрепить на земле на расстоянии от основания мачты составляющим как минимум 50% ее высоты.

Самодельный ветрогенератор представляет собой установку для выработки электрической энергии за счет использования ветра. Подобные устройства обычно используются в качестве альтернативного источника электроэнергии. Самодельный ветрогенератор для дома способен полностью обеспечивать электричеством семью из нескольких человек. Такие установки являются эффективным способом генерации электроэнергии в населенных пунктах, которые удалены от центральных энергосетей. Ветрогенератор приводится в движение силой ветра, которая затем преобразуется в энергию вращательного движения. Установки на 30 кВт способны использоваться в качестве автономного источника электричества для обеспечения потребностей промышленных и жилых объектов.

Особенности самодельных ветрогенераторов

Для того, чтобы обеспечить электроэнергией частный дом можно использовать вертикальный ветрогенератор мощностью до 2 кВт. Принцип работы ветроэлектрической установки заключается в преобразовании кинетической энергии ветряного потока в механическую энергию лопастей. Механическая энергия в свою очередь вращает ротор и генерирует электрический ток.

Стандартный ветрогенератор состоит из следующих узлов:

• вращающиеся лопасти
• ротор турбины
• генератор и его ось
• инвертор, преобразующий переменный ток в постоянный
• аккумулятор

Ветрогенератор может быть дополнительно оснащен контроллером. Самодельный контроллер для ветрогенератора используется для заряда аккумулятора и контроля за состоянием батареи. При полном заряде аккумулятора контроллер останавливает ветряк.

Работа ветряного генератора осуществляется следующим образом. При вращении ротора генерируется трехфазный переменный ток, который направляется через контроллер и затем подзаряжает батарею постоянного тока. После инвертор преобразует ток для потребления и пускает его для того, чтобы обеспечить освещение и электропитание для телевизора, холодильника и другой бытовой техники.

Виды ветрогенераторов

Ветряки могут различаться по следующим параметрам:

• количество лопастей
• материалы изготовления
• ориентация оси вращения относительно поверхности земли
• шаговый признак винта

Многолопастные модели более эффективны по сравнению с двух- или трехлопастными, поскольку они приводятся в движении при самых малых проявлениях воздушных потоков. Лопасти могут быть жесткими или парусными. Жесткие обычно делаются из металла или стеклопластика. По направлению оси вращения различаются вертикальные и горизонтальные модификации.

Более широкое применение получили ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения ротора. Такие установки отличаются высоким КПД, улучшенной защитой от ураганных порывов ветра и простой регулировкой мощности. Вертикальные модели просты в монтаже, бесшумны и могут работать даже при слабых порывах ветра.

Модель на неодимовых магнитах

Самодельный ветрогенератор на неодимовых магнитах становится все более популярным во многих российских регионах. В качестве основы такого устройства необходимо использовать ступицу от авто с тормозными дисками. Деталь лучше разобрать и проверить на исправность, смазав подшипники и удалив ржавчину.

Неодимовые магниты наклеиваются на диски ротора. К примеру можно взять двадцать магнитов небольшого размера. При выборе количества магнитов нужно помнить, что в однофазном генераторе количество полюсов должно совпадать с числом магнитных элементов. Для трехфазной модели это соотношение может быть 2 к 3 или 4 к 3. В процессе установки магнитов нужно чередовать их полюса. Чтобы не ошибиться желательно использовать прямоугольные магниты. Для крепления магнитов нужно использовать самый надежный клей.

Ролик по сборке такого генератора можно посмотреть тут:

Генератор на магнитах будет работать эффективно, если статорные катушки будут правильно рассчитаны. По опыту известно, что для зарядки аккумулятора на 12 В, в катушках должно быть поровну распределено около 1000 витков. Намотка катушек осуществляется толстыми проводами, чтобы снизить сопротивление. Мачта ветрогенератора должна быть высотой от шести и более метров. Под мачту нужно вырыть яму с дальнейшей заливкой бетона. Лопасти для устройства изготавливаются из поливинилхлоридных труб.

Модель из автомобильного генератора

Самодельный ветрогенератор из автомобильного генератора необходимо делать из комплектующих (аккумулятор, реле и прочее) с одной машины. При этом для создания ветряка лучше использовать автомобильный генератор от мощной техники (например от трактора).

Поскольку потребителям необходим переменный ток, то необходимо предусмотреть инвертор или преобразователь. В регионах с высокой скоростью ветра можно устанавливать ветрогенераторы для выработки больших мощностей.

Для сборки такой модели понадобится следующее:

• автомобильный генератор на 12 В
• аккумулятор
• вольтметр
• реле аккумуляторной зарядки
• лопасти
• крепежный материал

В начале делается ротор. Оптимальным решением будет создание роторного колеса из четырех лопастей. Этот элемент делается из листового железа. При возможности можно использовать железную бочку.

Готовый ветряк соединяется с осью генератора. Для этого высверливается отверстие, соединение фиксируется болтами. После этого собирается электрическая схема и устанавливается мачта. Затем нужно закрепить автомобильный генератор с проводами, которые подсоединяются к аккумулятору и преобразователю напряжения. Для правильной сборки лучше использовать подготовленные чертежи.

Подобная установка монтируется достаточно быстро без особых сложностей. Такой ветрогенератор хорош простотой, надежностью и бесшумной работой.

Видео со сборкой такого ветрогенератора можно посмотреть здесь:

Модель из асинхронного двигателя

Самодельные ветрогенераторы из асинхронного двигателя до 10квт нашли широкое применение для бытовых целей. Для изготовления такого устройства в первую очередь необходимо подобрать электродвигатель с низкими оборотами, у которого имеется три или четыре пары полюсов.

Для изменения двигателя под нужды генератора необходимо проточить ротор и приклеить к нему магниты при помощи эпоксидного клея. Статор перематывается более толстым проводом, чтобы повысить ток. Проточку ротора можно осуществить на токарном станке.

Перед тем, как наклеить магниты ротор нужно разметить на полюса. Для того, чтобы рассчитать необходимое количество магнитов нужно определить длину окружности ротора после проточки. Эта длина соответствует высоте втулки. Толщина магнитов должна находится в диапазоне (0,1- 0,15) D, где D – это диаметр окружности ротора. После этого рассчитывается число секций, куда будут приклеиваться магниты с одним полюсом. Число секций составит L/p, где p – число полюсов электродвигателя, а L- высота втулки.

Магниты должны располагаться под небольшим скосом. Полюса должны чередоваться. Магниты располагаются плотно друг к другу и после приклеивания на эпоксидку заматываются скотчем.

Видео с такой моделью ветрогенератора можно посмотреть тут:

По завершению сборки ветрогенератора его нужно проверить на выходную мощность. Для этого ротор приводится во вращении со скоростью, которая соответствует номинальной скорости модифицированного электродвигателя. Такие испытания можно сделать при помощи дрели и лампочек с разной мощностью.

Оптимальный вариант ветрогенератора нужно выбирать исходя из необходимой мощности из климатических условий конкретного региона.

Россия в отношении ветроэнергетических ресурсов занимает двоякое положение. С одной стороны, благодаря огромной общей площади и обилию равнинных местностей ветра в целом много, и он большей частью ровный. С другой – наши ветры преимущественно низкопотенциальные, медленные, см. рис. С третьей, в мало обжитых местностях ветры буйные. Исходя из этого, задача завести на хозяйстве ветрогенератор вполне актуальна. Но, чтобы решить – покупать достаточно дорогое устройство, или сделать его своими руками, нужно как следует подумать, какой тип (а их очень много) для какой цели выбрать.

Основные понятия

1. КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
2. КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
3. Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
4. Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
5. Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
6. Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
7. Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
8. Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
9. Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
10. Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
11. Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
12. Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

1. Тихоходные ВСУ, как правило, имеют КИЭВ ниже, чем быстроходные, но имеют стартовый момент, достаточный для раскрутки генератора без отключения нагрузки и нулевую ССВ, т.е. абсолютно самозапускающиеся и применимы при самых слабых ветрах.
2. Тихоходность и быстроходность – понятия относительные. Бытовой ветряк на 300 об/мин может быть тихоходным, а мощные ВСУ типа EuroWind, из которых набирают поля ветроэлектростанций, ВЭС (см. рис.) и роторы которых делают порядка 10 об/мин – быстроходные, т.к. при таком их диаметре линейная скорость лопастей и их аэродинамика на большей части размаха – вполне «самолетные», см. далее.

Какой нужен генератор?

Электрический генератор для ветряка бытового назначения должен вырабатывать электроэнергию в широком диапазоне скоростей вращения и обладать способностью самозапуска без автоматики и внешних источников питания. В случае использования ВСУ с ОСС (ветряки с раскруткой), обладающих, как правило, высокими КИЭВ и КПД, он должен быть и обратимым, т.е. уметь работать и как двигатель. При мощностях до 5 кВт этому условию удовлетворяют электрические машины с постоянными магнитами на основе ниобия (супермагнитами); на стальных или ферритовых магнитах можно рассчитывать не более чем на 0,5-0,7 кВт.

Примечание: асинхронные генераторы переменного тока или коллекторные с ненамагниченным статором не годятся совершенно. При уменьшении силы ветра они «погаснут» задолго до того, как его скорость упадет до МРС, и потом сами не запустятся.

Отличное «сердце» ВСУ мощностью от 0,3 до 1-2 кВт получается из автогенератора переменного тока со встроенным выпрямителем; таких сейчас большинство. Во-первых, они держат выходное напряжение 11,6-14,7 В в довольно широком диапазоне скоростей без внешних электронных стабилизаторов. Во-вторых, кремниевые вентили открываются, когда напряжение на обмотке достигнет примерно 1,4 В, а до этого генератор «не видит» нагрузки. Для этого генератор нужно уже довольно прилично раскрутить.

В большинстве случаев автогенератор можно непосредственно, без зубчатой или ременной передачи, соединить с валом быстроходного ВД, подобрав обороты выбором количества лопастей, см. ниже. «Быстроходки» имеют малый или нулевой стартовый момент, но ротор и без отключения нагрузки успеет достаточно раскрутиться, прежде чем вентили откроются и генератор даст ток.

Выбор по ветру

Прежде чем решать, какой сделать ветрогенератор, определимся с местной аэрологией. В серо-зеленоватых (безветренных) областях ветровой карты хоть какой-то толк будет лишь от парусного ветродвигателя (и них далее поговорим). Если необходимо постоянное энергоснабжение, то придется добавить бустер (выпрямитель со стабилизатором напряжения), зарядное устройство, мощную аккумуляторную батарею, инвертор 12/24/36/48 В постоянки в 220/380 В 50 Гц переменного тока. Обойдется такое хозяйство никак не менее $20.000, и снять долговременную мощность более 3-4 кВт вряд ли получится. В общем, при непреклонном стремлении к альтернативной энергетике лучше поискать другой ее источник.

В желто-зеленых , слабоветренных местах, при потребности в электричестве до 2-3 кВт самому можно взяться за тихоходный вертикальный ветрогенератор . Их разработано несть числа, и есть конструкции, по КИЭВ и КПД почти не уступающие «лопастникам» промышленного изготовления.

Если же ВЭУ для дома предполагается купить, то лучше ориентироваться на ветряк с парусным ротором. Споров и них много, и в теории пока еще не все ясно, но работают. В РФ «парусники» выпускают в Таганроге на мощность 1-100 кВт.

В красных , ветреных, регионах выбор зависит от потребной мощности. В диапазоне 0,5-1,5 кВт оправданы самодельные «вертикалки»; 1,5-5 кВт – покупные «парусники». «Вертикалка» тоже может быть покупной, но обойдется дороже ВСУ горизонтальной схемы. И, наконец, если требуется ветряк мощностью 5 кВт и более, то выбирать нужно между горизонтальными покупными «лопастниками» или «парусниками».

Примечание: многие производители, особенно второго эшелона, предлагают комплекты деталей, из которых можно собрать ветрогенератор мощностью до 10 кВт самостоятельно. Обойдется такой набор на 20-50% дешевле готового с установкой. Но прежде покупки нужно внимательно изучить аэрологию предполагаемого места установки, а затем по спецификациям подобрать подходящие тип и модель.

О безопасности

Детали ветродвигателя бытового назначения в работе могут иметь линейную скорость, превосходящую 120 и даже 150 м/с, а кусочек любого твердого материала весом в 20 г, летящий со скоростью 100 м/с, при «удачном» попадании убивает здорового мужика наповал. Стальная, или из жесткого пластика, пластина толщиной 2 мм, движущаяся со скоростью 20 м/с, рассекает его же напополам.

Кроме того, большинство ветряков мощностью более 100 Вт довольно сильно шумят. Многие порождают колебания давления воздуха сверхнизкой (менее 16 Гц) частоты – инфразвуки. Инфразвуки неслышимы, но губительны для здоровья, а распространяются очень далеко.

Примечание: в конце 80-х в США был скандал – пришлось закрыть крупнейшую на тот момент в стране ВЭС. Индейцы из резервации в 200 км от поля ее ВСУ доказали в суде, что резко участившиеся у них после ввода ВЭС в эксплуатацию расстройства здоровья обусловлены ее инфразвуками.

В силу указанных выше причин установка ВСУ допускается на расстоянии не менее 5 их высот от ближайших жилых строений. Во дворах частных домовладений можно устанавливать ветряки промышленного изготовления, соответствующим образом сертифицированные. На крышах ставить ВСУ вообще нельзя – при их работе, даже у маломощных, возникают знакопеременные механические нагрузки, способные вызвать резонанс строительной конструкции и ее разрушение.

Примечание: высотой ВСУ считается наивысшая точка ометаемого диска (для лопастных роторов) или геомерической фигуры (для вертикальных ВСУ с ротором на древке). Если мачта ВСУ или ось ротора выступают вверх еще выше, высота считается по их топу – верхушке.

Ветер, аэродинамика, КИЭВ

Самодельный ветрогенератор подчиняется тем же законам природы, что и заводской, рассчитанный на компьютере. И самодельщику основы его работы нужно понимать очень хорошо – в его распоряжении чаще всего нет дорогих суперсовременных материалов и технологического оборудования. Аэродинамика же ВСУ ох как непроста…

Ветер и КИЭВ

Для расчета серийных заводских ВСУ используется т. наз. плоская механистическая модель ветра. В ее основе следующие предположения:

• Скорость и направление ветра постоянны в пределах эффективной поверхности ротора.
• Воздух – сплошная среда.
• Эффективная поверхность ротора равна ометаемой площади.
• Энергия воздушного потока – чисто кинетическая.

При таких условиях максимальную энергию единицы объема воздуха вычисляют по школьной формуле, полагая плотность воздуха при нормальных условиях 1,29 кг*куб. м. При скорости ветра 10 м/с один куб воздуха несет в себе 65 Дж, и с одного квадрата эффективной поверхности ротора можно, при 100% КПД всей ВСУ, снять 650 Вт. Это весьма упрощенный подход – все знают, что ветер идеально ровным не бывает. Но на это приходится идти, чтобы обеспечить повторяемость изделий – обычное в технике дело.

Плоскую модель игнорировать не следует, она дает четкий минимум доступной энергии ветра. Но воздух, во-первых, сжимаем, во-вторых, очень текуч (динамическая вязкость всего 17,2 мкПа*с). Это значит, поток может обтекать ометаемую площадь, уменьшая эффективную поверхность и КИЭВ, что чаще всего и наблюдается. Но в принципе возможна и обратная ситуация: ветер стекается к ротору и площадь эффективной поверхности тогда окажется больше ометаемой, а КИЭВ – больше 1 относительно его же для плоского ветра.

Приведем два примера. Первый – прогулочная, довольно тяжеловесная, яхта может идти не только против ветра, но и быстрее его. Ветер имеется в виду внешний; вымпельный ветер все равно должен быть быстрее, иначе как он судно потянет?

Второй – классика авиационной истории. На испытаниях МИГ-19 оказалось, что перехватчик, который был на тонну тяжелее фронтового истребителя, по скорости разгоняется быстрее. С теми же движками в том же планере.

Теоретики не знали, что и думать, и всерьез засомневались в законе сохранения энергии. В конце концов оказалось – дело в выступающем из воздухозаборника конусе обтекателя РЛС. От его носка к обечайке возникало уплотнение воздуха, как бы сгребавшее его со сторон к компрессорам двигателей. С тех пор ударные волны прочно вошли в теорию как полезные, и фантастические летные данные современных самолетов в немалой степени обусловлены их умелым использованием.

Аэродинамика

Развитие аэродинамики принято делить на две эпохи – до Н. Г. Жуковского и после. Его доклад «О присоединенных вихрях» от 15 ноября 1905 г. стал началом новой эры в авиации.

До Жуковского летали на поставленных плашмя парусах: полагалось, что частицы набегающего потока отдают весь свой импульс передней кромке крыла. Это позволяло сразу избавиться от векторной величины – момента количества движения – порождавшей зубодробительную и чаще всего неаналитическую математику, перейти к куда более удобным скалярным чисто энергетическим соотношениям, и получить в итоге расчетное поле давления на несущую плоскость, более-менее похожее на настоящее.

Такой механистический подход позволил создать аппараты, способные худо-бедно подняться в воздух и совершить перелет из одного места в другое, не обязательно грохнувшись на землю где-то по пути. Но стремление увеличить скорость, грузоподъемность и другие летные качества все больше выявляло несовершенство первоначальной аэродинамической теории.

Идея Жуковского была такова: вдоль верхней и нижней поверхностей крыла воздух проходит разный путь. Из условия непрерывности среды (пузыри вакуума сами по себе в воздухе не образуются) следует, что скорости верхнего и нижнего потоков, сходящих с задней кромки, должны отличаться. Вследствие пусть малой, но конечной вязкости воздуха там из-за разности скоростей должен образоваться вихрь.

Вихрь вращается, а закон сохранения количества движения, столь же непреложный, как и закон сохранения энергии, справедлив и для векторных величин, т.е. должен учитывать и направление движения. Поэтому тут же, на задней кромке, должен сформироваться противоположно вращающийся вихрь с таким же вращательным моментом. За счет чего? За счет энергии, вырабатываемой двигателем.

Для практики авиации это означало революцию: выбрав соответствующий профиль крыла, можно было присоединенный вихрь пустить вокруг крыла в виде циркуляции Г, увеличивающей его подъемную силу. Т.е., затратив часть, а для больших скоростей и нагрузок на крыло – большую часть, мощности мотора, можно создать вокруг аппарата воздушный поток, позволяющий добиться лучших летных качеств.

Это делало авиацию авиацией, а не частью воздухоплавания: теперь летательный аппарат мог сам создавать себе нужную для полета среду и не быть более игрушкой воздушных потоков. Нужен только двигатель помощнее, и еще и еще мощнее…

Снова КИЭВ

Но у ветряка мотора нет. Он, наоборот, должен отбирать энергию у ветра и давать ее потребителям. И здесь выходит – ноги вытащил, хвост увяз. Пустили слишком мало энергии ветра на собственную циркуляцию ротора – она будет слабой, тяга лопастей – малой, а КИЭВ и мощность – низкими. Отдадим на циркуляцию много – ротор при слабом ветре будет на холостом ходу крутиться как бешеный, но потребителям опять достается мало: чуть дали нагрузку, ротор затормозился, ветер сдул циркуляцию, и ротор стал.

Закон сохранения энергии «золотую середину» дает как раз посерединке: 50% энергии даем в нагрузку, а на остальные 50% подкручиваем поток до оптимума. Практика подтверждает предположения: если КПД хорошего тянущего пропеллера составляет 75-80%, то КИЭВ так же тщательно рассчитанного и продутого в аэродинамической трубе лопастного ротора доходит до 38-40%, т.е. до половины от того, чего можно добиться при избытке энергии.

Современность

Ныне аэродинамика, вооруженная современной математикой и компьютерами, все более уходит от неизбежно что-то да упрощающих моделей к точному описанию поведения реального тела в реальном потоке. И тут, кроме генеральной линии – мощность, мощность, и еще раз мощность! – обнаруживаются пути побочные, но многообещающие как раз при ограниченном количестве поступающей в систему энергии.

Известный авиатор-альтернативщик Пол Маккриди еще в 80-х создал самолет, с двумя моторчиками от бензопилы мощностью в 16 л.с. показавший 360 км/ч. Причем шасси его было трехопорным неубирающимся, а колеса – без обтекателей. Ни один из аппаратов Маккриди не вышел на линию и не встал на боевое дежурство, но два – один с поршневыми моторами и пропеллерами, а другой реактивный – впервые в истории облетели вокруг земного шара без посадки на одной заправке.

Парусов, породивших изначальное крыло, развитие теории тоже коснулось весьма существенно. «Живая» аэродинамика позволила яхтам при ветре в 8 узл. встать на подводные крылья (см. рис.); чтобы разогнать такую громадину до нужной скорости гребным винтом, требуется двигатель не менее 100 л.с. Гоночные катамараны при таком же ветре ходят со скоростью около 30 узл. (55 км/ч).

Есть и находки совершенно нетривиальные. Любители самого редкого и экстемального спорта – бейсджампинга – надев апециальный костюм-крыло, вингсьют, летают без мотора, маневрируя, на скорости более 200 км/ч (рис. справа), а затем плавно приземляются в заранее выбранном месте. В какой сказке люди летают сами по себе?

Разрешились и многие загадки природы; в частности – полет жука. По классической аэродинамике, он летать не способен. Точно так же, как и родоначальник «стелсов» F-117 с его крылом ромбовидного профиля тоже не способен подняться в воздух. А МИГ-29 и Су-27, которые некоторое время могут лететь хвостом вперед, и вовсе ни в какие представления не укладываются.

И почему тогда, занимаясь ветродвигателями, не забавой и не орудием уничтожения себе подобных, а источником жизненно важного ресурса, нужно плясать непременно от теории слабых потоков с ее моделью плоского ветра? Неужели не найдется возможности продвинуться дальше?

Чего ожидать от классики?

Однако от классики отказываться ни в коем случае не следует. Она дает основу, не оперевшись на которую нельзя подняться выше. Точно так же, как теория множеств не отменяет таблицу умножения, а от квантовой хромодинамики яблоки с деревьев вверх не улетят.

Итак, на что можно рассчитывать при классическом подходе? Посмотрим на рисунок. Слева – типы роторов; они изображены условно. 1 – вертикальный карусельный, 2 – вертикальный ортогональный (ветряная турбина); 2-5 – лопастные роторы с разным количеством лопастей с оптимизированными профилями.

Справа по горизонтальной оси отложена относительная скорость ротора, т.е., отношение линейной скорости лопасти к скорости ветра. По вертикальной вверх – КИЭВ. А вниз – опять же относительный крутящий момент. Единичным (100%) крутящим моментом считается такой, который создает насильно заторможенный в потоке ротор со 100% КИЭВ, т.е. когда вся энергия потока преобразуется во вращающее усилие.

Такой подход позволяет делать далеко идущие выводы. Скажем, количество лопастей нужно выбирать не только и не столько по желательной скорости вращения: 3- и 4-лопастники сразу много теряют по КИЭВ и вращательному моменту по сравнению с хорошо работающими примерно в том же диапазоне скорстей 2- и 6-лопастниками. А внешне похожие карусель и ортогонал обладают принципиально разными свойствами.

В целом же предпочтение следует отдавать лопастным роторам, кроме случаев, когда требуются предельная дешевизна, простота, необслуживаемый самозапуск без автоматики и невозможен подъем на мачту.

Примечание: о парусных роторах поговорим особо – они, похоже, в классику не укладываются.

Вертикалки

ВСУ с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок. Основные их типы представлены на рис.

На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса. На самом деле его изобрели в 1924 г. в СССР Я. А. и А. А. Воронины, а финский промышленник Сигурд Савониус бессовестно присвоил себе изобретение, проигнорировав советское авторское свидетельство, и начал серийный выпуск. Но внедрение в судьбе изобретения значит очень много, поэтому мы, чтобы не ворошить прошлое и не тревожить прах усопших, назовем этот ветряк ротором Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС.

ВС для самодельщика всем хорош, кроме «паровозного» КИЭВ в 10-18%. Однако в СССР над ним работали много, и наработки есть. Ниже мы рассмотрим усовершенствованную конструкцию, не намного более сложную, но по КИЭВ дающую фору лопастникам.

Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».

Дарье

Следующий – ротор Дарье; КИЭВ – до 20%. Он еще проще: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию.

Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.

Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре.

Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональный вертикальный ротор с профилированными лопастями. Ортогональный потому, что крылья торчат вертикально. Переход от ВС к ортогоналу иллюстрирует рис. слева.

Угол установки лопастей относительно касательной к окружности, касающейся аэродинамических фокусов крыльев, может быть как положительным (на рис.), так и отрицательным, сообразно силе ветра. Иногда лопасти делают поворотными и ставят на них флюгерки, автоматически держащие «альфу», но такие конструкции часто ломаются.

Центральное тело (голубое на рис.) позволяет довести КИЭВ почти до 50% В трехлопастном ортогонале оно должно в разрезе иметь форму треугольника со слегка выпуклыми сторонами и скругленными углами, а при большем количестве лопастей достаточно простого цилиндра. Но теория для ортогонала оптимальное количество лопастей дает однозначно: их должно быть ровно 3.

Ортогонал относится к быстроходным ветрякам с ОСС, т.е. обязательно требует раскрутки при вводе в эксплуатацию и после штиля. По ортогональной схеме выпускаются серийные необслуживаемые ВСУ мощностью до 20 кВт.

Геликоид

Геликоидный ротор, или ротор Горлова (поз. 4) – разновидность ортогонала, обеспечивающая равномерное вращение; ортогонал с прямыми крыльями «рвет» лишь немного слабее двухлопастного ВС. Изгиб лопастей по геликоиде позволяет избежать потерь КИЭВ из-за их кривизны. Хотя часть потока кривая лопасть и отбрасывает, не используя, но зато и загребает часть в зону наибольшей линейной скорости, компенсируя потери. Геликоиды используют реже прочих ветряков, т.к. они вследствие сложности изготовления оказываются дороже равных по качеству собратьев.

Бочка-загребушка

На 5 поз. – ротор типа ВС, окруженный направляющим аппаратом; его схема представлена на рис. справа. В промышленном исполнении встречается редко, т.к. дорогостоящий отвод земли не компенсирует прироста мощности, а материалоемкость и сложность производства велики. Но самодельщик, боящийся работы – уже не мастер, а потребитель, и, если нужно не более 0,5-1,5 кВт, то для него «бочка-загребушка» лакомый кусок:

• Ротор такого типа абсолютно безопасен, бесшумен, не создает вибраций и может быть установлен где угодно, хоть на детской площадке.
• Согнуть «корыта» из оцинковки и сварить каркас из труб – работа ерундовая.
• Вращение – абсолютно равномерное, детали механики можно взять самые дешевые или из хлама.
• Не боится ураганов – слишком сильный ветер не может протолкнуться в «бочку»; вокруг нее возникает обтекаемый вихревой кокон (мы с этим эффектом еще столкнемся).
• А самое главное – поскольку поверхность «загребушки» в несколько раз больше таковой ротора внутри, КИЭВ может быть и сверхединичным, а вращательным момент уже при 3 м/с у «бочки» трехметрового диаметра такой, что генератору на 1 кВт с предельной нагрузкой, как говорится, лучше и не дергаться.

Видео: ветрогенератор Ленца

В 60-х в СССР Е. С. Бирюков запатентовал карусельную ВСУ с КИЭВ 46%. Немного позже В. Блинов добился от конструкции на том же принципе КИЭВ 58%, но данных о ее испытаниях нет. А натурные испытания ВСУ Бирюкова были проведены сотрудниками журнала «Изобретатель и рационализатор». Двухэтажный ротор диаметром 0,75 м и высотой 2 м при свежем ветре раскручивал на полную мощность асинхронный генератор 1,2 кВт и выдерживал без поломки 30 м/с. Чертежи ВСУ Бирюкова приведены на рис.

1. ротор из кровельной оцинковки;
2. самоустанавливающийся двухрядный шариковый подшипник;
3. ванты – 5 мм стальной трос;
4. ось-древко – стальная труба с толщиной стенок 1,5-2,5 мм;
5. рычаги аэродинамического регулятора оборотов;
6. лопасти регулятора оборотов – 3-4 мм фанера или листовой пластик;
7. тяги регулятора оборотов;
8. груз регулятора оборотов, его вес определяет частоту вращения;
9. ведущий шкив – велосипедное колесо без шины с камерой;
10. подпятник – упорно-опорный подшипник;
11. ведомый шкив – штатный шкив генератора;
12. генератор.

Бирюков на свою ВСУ получил сразу несколько авторских свидетельств. Во-первых, обратите внимание на разрез ротора. При разгоне он работает подобно ВС, создавая большой стартовый момент. По мере раскрутки во внешних карманах лопастей создается вихревая подушка. С точки зрения ветра, лопасти становятся профилированными, и ротор превращается в быстроходный ортогонал, причем виртуальный профиль меняется соответственно силе ветра.

Во-вторых, профилированный канал между лопастями в рабочем диапазоне скоростей работает как центральное тело. Если же ветер усиливается, то в нем также создается вихревая подушка, выходящая за пределы ротора. Возникает такой же вихревой кокон, как вокруг ВСУ с направляющим аппаратом. Энергия на его создание берется от ветра, и тому на поломку ветряка ее уже не хватает.

В-третьих, регулятор оборотов предназначен прежде всего для турбины. Он держит ее обороты оптимальными с точки зрения КИЭВ. А оптимум частоты вращения генератора обеспечивается выбором передаточного отношения механики.

Примечание: после публикаций в ИР за 1965 г. ВСУ Бирюкова канула в небытие. Ответа от инстанций автор так и не дождался. Судьба многих советских изобретений. Говорят, какой-то японец стал миллиардером, регулярно читая советские популярно-технические журналы и патентуя у себя все, заслуживающее внимания.

Лопастники

Как у сказано, по классике горизонтальный ветрогенератор с лопастным ротором – наилучший. Но, во-первых, ему нужен стабильный хотя бы средней силы ветер. Во-вторых, конструкция для самодельщика таит в себе немало подводных камней, из-за чего нередко плод долгих упорных трудов в лучшем случае освещает туалет, прихожую или крыльцо, а то и оказывается способен только раскрутить самого себя.

По схемам на рис. рассмотрим подробнее; позиции:

• Фиг. А:

1. лопасти ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. защитный флюгер (ураганная лопата);
5. токосъемник;
6. шасси;
7. поворотный узел;
8. рабочий флюгер;
9. мачта;
10. хомут под ванты.

• Фиг. Б, вид сверху:

1. защитный флюгер;
2. рабочий флюгер;
3. регулятор натяжения пружины защитного флюгера.

• Фиг. Г, токосъемник:

1. коллектор с медными неразрезными кольцевыми шинами;
2. подпружиненные меднографитовые щетки.

Примечание: ураганная защита для горизонтального лопастника диаметром более 1 м совершенно необходима, т.к. создать вокруг себя вихревой кокон он не способен. При меньших размерах можно добиться выносливости ротора до 30 м/с с лопастями из пропилена.

Итак, где нас ждут «спотыки»?

Лопасти

Рассчитывать добиться мощности на валу генератора более 150-200 Вт на лопастях любого размаха, вырезанных из толстостенной пластиковой трубы, как часто советуют – надежды беспросветного дилетанта. Лопасть из трубы (если только она не настолько толстая, что используется просто как заготовка) будет иметь сегментный профиль, т.е. его верхняя, или обе поверхности будут дугами окружности.

Сегментные профили пригодны для несжимаемой среды, скажем, для подводных крыльев или лопастей гребного винта. Для газов же нужна лопасть переменного профиля и шага, для примера см. рис.; размах – 2 м. Это будет сложное и трудоемкое изделие, требующее кропотливого расчета во всеоружии теории, продувок в трубе и натурных испытаний.

Генератор

При насадке ротора прямо на его вал штатный подшипник скоро разобьется – одинаковой нагрузки на все лопасти в ветряках не бывает. Нужен промежуточный вал со специальным опорным подшипником и механическая передача от него на генератор. Для больших ветряков опорный подшипник берут самоустанавливающийся двухрядный; в лучших моделях – трехъярусный, Фиг. Д на рис. выше. Такой позволяет валу ротора не только слегка изгибаться, но и немного смещаться из стороны в сторону или вверх-вниз.

Примечание: на разработку опорного подшипника для ВСУ типа EuroWind ушло около 30 лет.

Аварийный флюгер

Принцип его работы показывает Фиг. В. Ветер, усиливаясь, давит на лопату, пружина растягивается, ротор перекашивается, обороты его падают и в конце концов он становится параллельно потоку. Вроде бы все хорошо, но – гладко было на бумаге…

Попробуйте в ветреный день удержать за ручку параллельно ветру крышку от выварки или большой кастрюли. Только осторожно – вертлявая железяка может садануть по физиономbии так, что расквасит нос, рассечет губу, а то и выбьет глаз.

Плоский ветер бывает только в теоретических выкладках и, с достаточной для практики точностью, в аэродинамических трубах. Реально же ураган ветряки с ураганной лопатой корежит больше, чем вовсе беззащитные. Лучше все-таки менять исковерканные лопасти, чем делать заново все. В промышленных установках – другое дело. Там шаг лопастей, по каждой в отдельности, отслеживает и регулирует автоматика под управлением бортового компьютера. И делаются они из сверхпрочных композитов, а не из водопроводных труб.

Токосъемник

Это – регулярно обслуживаемый узел. Любой энергетик знает, что коллектор со щетками нужно чистить, смазывать, регулировать. А мачта – из водопроводной трубы. Не залезешь, раз в месяц-два придется весь ветряк валить на землю и потом опять поднимать. Сколько он протянет от такой «профилактики»?

Видео: лопастной ветрогенератор + солнечная панель для электроснабжения дачи

Мини и микро

Но с уменьшением размеров лопастника трудности падают по квадрату диаметра колеса. Изготовление горизонтальной лопастной ВСУ своими силами на мощность до 100 Вт уже возможно. Оптимальным будет 6-лопастный. При большем количестве лопастей диаметр ротора, рассчитанного на ту же мощность, будет меньше, но их окажется трудно прочно закрепить на ступице. Роторы о менее чем 6 лопастях можно не иметь в виду: 2-лопастнику на 100 Вт нужен ротор диаметром 6,34 м, а 4-лопастнику той же мощности – 4,5 м. Для 6-лопастного зависимость мощность – диаметр выражается следующим образом:

• 10 Вт – 1,16 м.
• 20 Вт – 1,64 м.
• 30 Вт – 2 м.
• 40 Вт – 2,32 м.
• 50 Вт – 2,6 м.
• 60 Вт – 2,84 м.
• 70 Вт – 3,08 м.
• 80 Вт – 3,28 м.
• 90 Вт – 3,48 м.
• 100 Вт – 3,68 м.
• 300 Вт – 6,34 м.

Оптимальным будет рассчитывать на мощность 10-20 Вт. Во-первых, лопасть из пластика размахом более 0,8 м без дополнительных мер защиты не выдержит ветер более 20 м/с. Во-вторых, при размахе лопасти до тех же 0,8 м линейная скорость ее концов не превысит скорость ветра более чем втрое, и требования к профилировке с круткой снижаются на порядки; здесь уже вполне удовлетворительно будет работать «корытце» с сегментным профилем из трубы, поз. Б на рис. А 10-20 Вт обеспечат питание планшетки, подзарядку смартфона или засветят лампочку-экономку.

Далее, выбираем генератор. Отлично подойдет китайский моторчик – ступица колеса для электровелосипедов, поз. 1 на рис. Его мощность как мотора – 200-300 Вт, но в режиме генератора он даст примерно до 100 Вт. Но подойдет ли он нам по оборотам?

Показатель быстроходности z для 6 лопастей равен 3. Формула для расчета скорости вращения под нагрузкой – N = v/l*z*60, где N – частота вращения, 1/мин, v – скорость ветра, а l – длина окружности ротора. При размахе лопасти 0,8 м и ветре 5 м/с получаем 72 об/мин; при 20 м/с – 288 об/мин. Примерно с такой же скоростью вращается и велосипедное колесо, так что свои 10-20 Вт от генератора, способного дать 100, мы уж снимем. Можно ротор сажать прямо на его вал.

Но тут возникает следующая проблема: мы, потратив немало труда и денег, хотя бы на моторчик, получили… игрушку! Что такое 10-20, ну, 50 Вт? А лопастный ветряк, способный запитать хотя бы телевизор, дома не сделаешь. Нельзя ли купить готовый мини-ветрогенератор, и не обойдется ли он дешевле? Еще как можно, и еще как дешевле, см. поз. 4 и 5. Кроме того, он будет еще и мобильным. Поставил на пенек – и пользуйся.

Второй вариант – если где-то валяется шаговый двигатель от старого 5- или 8-дюймового дисковода, или от привода бумаги или каретки негодного струйного или матричного принтера. Он может работать как генератор, и приделать к нему карусельный ротор из консервных банок (поз. 6) проще, чем собирать конструкцию наподобие показанной на поз. 3.

В целом по «лопастникам» вывод однозначен: самодельные – скорее для того, чтобы помастерить всласть, но не для реальной долговременной энергоотдачи.

Видео: простейший ветрогенератор для освещения дачи

Парусники

Парусный ветрогенератор известен давно, но мягкие полотнища его лопастей (см. рис.) начали делать с появлением высокопрочных износостойких синтетических тканей и пленок. Многолопастные ветряки с жесткими парусами широко разошлись по миру как привод маломощных автоматических водокачек, но их техданные ниже даже чем у каруселей.

Однако мягкий парус как крыло ветряка, похоже, оказался не так-то прост. Дело не в ветроустойчивости (производители не ограничивают максимально допустимую скорость ветра): яхсменам-парусникам и так известно, что ветру разорвать полотнище бермудского паруса практически невозможно. Скорее шкот вырвет, или мачту сломает, или вся посудина сделает «поворот оверкиль». Дело в энергетике.

К сожалению, точных данных испытаний не удается найти. По отзывам пользователей удалось составить «синтетические» зависимости для установки ВЭУ-4.380/220.50 таганрогского производства с диаметром ветроколеса 5 м, массой ветроголовки 160 кг и частотой вращения до 40 1/мин; они представлены на рис.

Разумеется, ручательств за 100% достоверность быть не может, но и так видно, что плоско-механистической моделью тут и не пахнет. Никак не может 5-метровое колесо на плоском ветре в 3 м/с дать около 1 кВт, при 7 м/с выйти на плато по мощности и далее держать ее до жестокого шторма. Производители, кстати, заявляют, что номинальные 4 кВт можно получить и при 3 м/с, но при установке их силами по результатам исследований местной аэрологии.

Количественной теории также не обнаруживается; пояснения разработчиков маловразумительны. Однако, поскольку таганрогские ВЭУ народ покупает, и они работают, остается предположить, что заявленные коническая циркуляция и пропульсивный эффект – не фикция. Во всяком случае, возможны.

Тогда, выходит, ПЕРЕД ротором, по закону сохранения импульса, должен возникнуть тоже конический вихрь, но расширяющийся и медленный. И такая воронка будет сгонять ветер к ротору, его эффективная поверхность получится больше ометаемой, а КИЭВ – сверхединичным.

Пролить свет на этот вопрос могли бы натурные измерения поля давления перед ротором, хотя бы бытовым анероидом. Если оно окажется выше, чем с боков в стороне, то, действительно, парусные ВСУ работают, как жук летает.

Самодельный генератор

Из сказанного выше ясно, что самодельщикам лучше браться или за вертикалки, или за парусники. Но те и другие очень медленные, а передача на быстроходный генератор – лишняя работа, лишние затраты и потери. Можно ли сделать эффективный тихоходный электрогенератор самому?

Да, можно, на магнитах из ниобиевого сплава, т. наз. супермагнитах. Процесс изготовления основных деталей показан на рис. Катушки – каждая из 55 витков медного 1 мм провода в термостойкой высокопрочной эмалевой изоляции, ПЭММ, ПЭТВ и т.п. Высота обмоток – 9 мм.

Обратите внимание на пазы под шпонки в половинах ротора. Они должны быть расположены так, чтобы магниты (они приклеиваются к магнитопроводу эпоксидкой или акрилом) после сборки сошлись разноименными полюсами. «Блины» (магнитопроводы) должны быть изготовлены из магнитомягкого ферромагнетика; подойдет обычная конструкционная сталь. Толщина «блинов» — не менее 6 мм.

Вообще-то лучше купить магниты с осевым отверстием и притянуть их винтами; супермагниты притягиваются со страшной силой. По этой же причине на вал между «блинами» надевается цилиндрическая проставка высотой 12 мм.

Обмотки, составляющие секции статора, соединяются по схемам, также приведенным на рис. Спаянные концы не должны быть натянуты, но должны образовывать петли, иначе эпоксидка, которой будет залит статор, застывая, может порвать провода.

Заливают статор в изложнице до толщины 10 мм. Центрировать и балансировать не нужно, статор не вращается. Зазор между ротором и статором – по 1 мм с каждой стороны. Статор в корпусе генератора нужно надежно зафиксировать не только от смещения по оси, но и от проворачивания; сильное магнитное поле при токе в нагрузке будет тянуть его за собой.

Видео: генератор для ветряка своими руками

Вывод

И что же мы имеем напоследок? Интерес к «лопастникам» объясняется скорее их эффектным внешним видом, чем действительными эксплуатационными качествами в самодельном исполнении и на малых мощностях. Самодельная карусельная ВСУ даст «дежурную» мощность для зарядки автоаккумулятора или энергоснабжения небольшого дома.

А вот с парусными ВСУ стоит поэкспериментировать мастерам с творческой жилкой, особенно в мини-исполнении, с колесом 1-2 м диаметром. Если предположения разработчиков верны, то с такого можно будет снять, посредством описанного выше китайского движка-генератора, все его 200-300 Вт.

Сделать же каркас (рангоут) для парусного ротора несложно. Кроме того, парусные ВСУ безопасны, а звуков от них, инфра- и слышимых, не обнаруживается. И высоко понимать ротор не нужно, достаточно одного диаметра колеса.

Видео: технология производства ветрогенераторов

Одним из наиболее эффективных источников альтернативной энергии является ветрогенератор. Становятся популярными солнечные батареи, но пока вырабатываемая ими электроэнергия в 3 раза дороже, чем у ветряной электростанции. Кроме того, солнце светит не круглосуточно, пасмурная погода снижает производительность в 5 раз, а КПД солнечных батарей снижается на 5% ежегодно.

Как выглядит ветрогенератор из автомобильного генератора

Выбор конструкции ветряка

Ветрогенератор может иметь два расположения оси. Предпочтение отдаётся горизонтальной из-за меньших затрат и в 2 раза большего КПД.

Вид ветрогенератора с горизонтальной осью

Вертикальные роторы приходится устанавливать внизу по причине большого веса и габаритов, где скорость ветра в 2 раза ниже, что снижает мощность установки в 8 раз. В ряде случаев их применяют из-за меньшего шума, отсутствия ориентации на ветер, малой стартовой скорости и удобства эксплуатации.

Если изготовить для барабанных вертикальных агрегатов специальные направляющие, производительность увеличится, а разнос от сильного ветра будет исключён. Конструкция получается сложной, но результат того стоит.

Количество лопастей чаще всего выбирают не более трёх, благодаря высокой скорости вращения и меньшему шуму. При большом ветре они могут разрушиться, но в промышленных образцах углы поворота лопастей изменяются, что даёт возможность регулировать скорость и уменьшать гул.

Ветрогенератор на 1 кВт промышленного изготовления вместе с комплектацией стоит около 50 тыс. руб. и выше. Для большинства пользователей эта сумма является слишком большой.

При наличии необходимых навыков и подручных материалов можно сделать ветряк своими руками.

Переделка автогенератора

В настоящее время ветряк из автомобильного генератора основательно разработан для изготовления своими руками. У многих автолюбителей он может лежать без дела в гараже. Даже если у него есть какая-либо неисправность, детали могут пригодиться, поскольку всё равно потребуется основательная переделка. Для генератора требуются большие обороты, которые смогут обеспечить только сильные ветра. При преобладании слабого ветра это устройство как ветрогенератор не подходит, даже с переделкой на меньшие обороты.

Перед тем как начать изготавливать ветрогенератор своими руками, надо иметь в виду, что для него дополнительно потребуются контроллер, АКБ и инвертор, последовательно расположенные друг за другом.

Как выглядит ветроустановка в полном комплекте

В целом конструкция обойдётся недёшево. Кроме того, батареи придётся время от времени менять на новые.

Изготовление ротора

Ротор автогенератора имеет обмотку электромагнитного возбуждения, для чего необходима дополнительная электроника управления и щётки с коллектором.

Если сделать его своими руками под постоянные магниты, конструкцию можно упростить, убрав коллектор. Кроме того, надо перемотать обмотки статора, чтобы устройство из быстроходного превратилось в тихоходное. Также следует переделать железный ротор, который замыкает магнитные линии на себя и в результате ток в катушках статора генерироваться не будет. На рисунке ниже изображён разобранный автогенератор.

Автогенератор в разобранном виде

Немагнитная насадка на старый вал ротора вытачивается из алюминия. Затем на неё надевается с натягом бандаж из стальной трубы. На нём делается разметка, и приклеиваются суперклеем прямоугольные неодимовые магниты с чередованием полюсов. Между ними заливается эпоксидная смола, после чего поверхность выравнивается.

Ротор с неодимовыми магнитами, сделанный своими руками

Генератор вырабатывает достаточно энергии при вращении со скоростью около 6000 об./мин. Чтобы он был эффективным при 600 об./мин., следует перемотать обмотку статора, увеличив количество витков в 5 раз. Сечение провода при этом надо уменьшить.

Чтобы получить мощный источник энергии, потребуется самодельный генератор для ветряка на неодимовых магнитах.

Недостатком генераторов на супермагнитах является магнитное залипание, когда сложно сдвинуть вал с места.

Для его уменьшения магниты наклеивают с небольшим перекосом. Кроме того, лопасти также следует выполнить большего размера. Магнитное поле уменьшится, если перебрать все пластины статора, отделяя их с помощью ножа и молотка. Затем они выравниваются на наковальне резиновым молотком. Сборка статора производится на специальной оснастке со стягиванием пластин струбцинами.

Ветровое колесо своими руками

Лопасти делаются из пластиковой или дюралевой трубы, диаметр которой составляет 20% от метража. Метровую трубу диаметром 20 см разрезают вдоль на 4 равные части. Из одной части делается крыло, а за ним – следующие, используя его как шаблон. Края лопастей скругляются и шлифуются до удаления заусенцев. Лопасти крепят на старый диск от циркулярной пилы, сточив с него зубья и просверлив отверстия для установки.

Лопасти с сегментами обычно применяются для несжимаемых сред. Профиль для воздушной среды должен иметь сложную форму, чтобы обеспечить высокую производительность. Основную работу выполняют наружные концы лопастей. Умельцы делают их на шпильках, поскольку внутренняя часть около ротора не работает. На рисунке ниже изображена такая конструкция, где лопасти привариваются к круглым стальным стержням.

Вид четырёхлопастного ветрового колеса

Ветроколесо устанавливают горизонтально на штативе и производят балансировку, подтачивая лопасти до равновесия конструкции. Они должны вращаться в одной плоскости с перекосом не более 2 мм.

Сборка ветряка

Диаметр вала ветрового колеса должен быть не менее 20 мм. Если у генератора он меньше, валы следует установить соосно, соединив их муфтой. Ветровое колесо устанавливается на шпонку и дополнительно крепится гайкой, накрученной на ось.

Рама устройства изготавливается из профильной трубы. Ось поворота представляет собой трубу, установленную в двух подшипниках. Она крепится наверху мачты. Флюгер вырезают из оцинкованной жести 40х60 см и крепят болтами. Длина хвоста составляет 1,5 м. Расстояние от лопастей до мачты делается не менее 25 см, чтобы при изгибе от сильного ветра они не разбились.

Генераторы работают на подзарядку аккумулятора, который должен снабжать бытовую технику на 220В.

Для преобразования напряжения нужен инвертор. При быстром вращении батарея может выйти из строя из-за большой величины зарядного тока. Чтобы этого не происходило, следует установить контроллер напряжения. Его можно купить или сделать самостоятельно.

Ветрогенератор обслуживают следующим образом:

1. регулировка, чистка и смазка токосъёмника через каждые 2 месяца;
2. ремонт лопастника при возникновении разбалансировки и вибрации;
3. покраска металлических частей через 3 года;
4. проверка и регулировка креплений.

Видео. Ветрогенератор своими руками.

Автогенератор без переделки под ветрогенератор не подходит, потому что для него необходима большая скорость вращения. Редуктор не решает проблему, так как увеличивается сопротивление вращению. Без определённого опыта сделать эффективный агрегат своими руками сложно. Качественно изготовленный ветряк будет без проблем вырабатывать мощность до 1 кВт.

Как собрать ветряной генератор своими руками для дома

Многие владельцы загородных домов хотели бы использовать альтернативные источники энергии. Аналогичного мнения придерживаются и жители городских квартир из-за постоянного роста стоимости электроэнергии. При желании можно собрать простой ветряной генератор и установить его на своем участке.

Правовые вопросы установки ветряка

Перед началом работ по созданию ветрогенератора своими руками стоит разобраться в законности использования этого агрегата. Чтобы обеспечить дачный участок электроэнергией, вполне достаточно использовать установки, мощность которых не превышает 1 кВт. На территории России они считаются бытовыми, и для их использования не требуется разрешение или сертификат.

Также со стороны государства не предусмотрены и дополнительные налоги на производство энергии для бытовых потребностей. В результате можно смело собирать ветряки своими руками для дома и использовать бесплатную электроэнергию. Однако стоит дополнительно проконсультироваться в местных органах власти на предмет наличия каких-либо правовых нормативов по данному вопросу.

Кроме этого, не стоит исключать возможность жалоб со стороны соседей, если они начнут испытывать неудобства при использовании этого агрегата. Решив собрать ветровой генератор своими руками, стоит обратить внимание на несколько его параметров:

• Высота мачты — вблизи от аэропортов, мостов, а также тоннелей нельзя возводить строения высотой более 15 метров.
• Шум при эксплуатации — крайне важно после установки проконтролировать показатель шума, чтобы не превысить установленные законом нормы.
• Помехи в эфире — при создании агрегата стоит предусмотреть соответствующие защитные механизмы.

Кроме этого, могут возникнуть претензии со стороны экологических служб, если ветряк мешает миграции птиц. Однако такая ситуация крайне маловероятна.

Принцип работы

Ветряной генератор представляет собой устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую с ее последующей конвертацией в электрическую. Происходит это благодаря вращению ротора генератора. Агрегат состоит из следующих элементов:

• Лопасти.
• Ротор турбины.
• Генератор с подвижной осью.
• Инвертор для преобразования переменного тока в постоянный.
• Аккумуляторные батареи.

На лопасти воздействуют три силы, две из которых, подъемная и импульсная, преодолевают третью (тормозящую) и приводят в движение маховик. Вращательное движение передается на ротор генератора, и при его вращении в статоре создается магнитное поле. В результате этого появляется переменный ток, который затем с помощью специального контроллера преобразуется в постоянный и заряжает батарею.

Виды ветряных генераторов

Электроустановки этого типа принято классифицировать в соответствии с несколькими параметрами. Одним из главных здесь можно считать количество лопастей, так как многолопастные начинают работать даже при слабом ветре. Решив собрать ветряной генератор для дома своими руками, следует помнить о том, что лопасти могут быть парусными или жесткими. Проще всего сделать изделия первого типа, но они не отличаются высокой прочностью и требуют частого ремонта.

Отличаются ветроустановки и по расположению оси вращения — горизонтальные и вертикальные. Каждый из этих типов имеет как преимущества, так и недостатки. Если вертикальные устройства более чувствительны, то горизонтальные отличаются высокой мощностью. Последний признак классификации ветряных установок — фиксированный либо изменяемый шаг. В домашних условиях проще собрать агрегат первого типа.

Роторная установка

Собрать такую ветряную электростанцию своими руками довольно просто. При этом ее мощности будет достаточно для обеспечения всех потребностей в электрической энергии на садовом участке.

Подготовительный этап

Владельцам загородных домов можно смело ориентироваться на установки мощностью около 1,5 кВт. Наиболее простым устройством станет агрегат с вертикальной осью вращения. Для его создания потребуются следующие детали и материалы:

• Генератор от автомобиля на 12 В.
• Кислотная или гелиевая аккумуляторная батарея.
• Полугерметичный выключатель типа «кнопка» на 12 В.
• Вместительная емкость из алюминия либо нержавейки.
• Реле контроля заряда АКБ от автомобиля.
• Вольтметр.
• Провода сечением в 2,5 мм 2 и 4 мм 2 .
• 2 хомута для монтажа генератора на мачте.

Кроме этого, потребуются болты с гайками, мерительный инструмент, болгарка либо ножницы по металлу и дрель.

Инструкция по изготовлению

Основу будущего агрегата составит цилиндрическая емкость, например, бочка или ведро. На нее необходимо нанести разметку, разделив емкость на четыре равных части. После этого следует разрезать металл (не до конца), чтобы получились лопасти. В шкиве и днище емкости просверливаются отверстия, которые должны располагаться строго симметрично, чтобы при работе не возник дисбаланс.

После этого лопасти отгибаются с учетом направления вращения используемого генератора, чаще всего по направлению хода часовой стрелки. Также следует помнить, что угол изгиба лопастей оказывает влияние на скорость вращения пропеллера. Закрепив лопасти на шкиве, генератор с помощью хомутов монтируется на мачте.

Основная часть работ на этом завершена, и остается лишь собрать электрическую цепь. Чтобы облегчить эту задачу, во время установки генератора на мачту стоит зарисовать схему соединений. Для подключения батареи следует использовать метровый отрезок провода сечением в 4 мм 2 . В свою очередь для соединения агрегата с сетью стоит воспользоваться проводником 2,5 мм 2 . Инвертор также подключается с помощью провода большего сечения.

Если все работы были проведены в соответствии с инструкцией, то ветряк будет хорошо работать, и при его эксплуатации проблем возникнуть не должно. При этом достоинств у роторной установки значительно больше, чем недостатков. К числу последних можно отнести лишь довольно высокую чувствительность к сильным порывам ветра.

Агрегат аксиального типа

Так как рынок насытился неодимовыми магнитами, стоимость этих изделий значительно снизилась. В результате можно на их основе собрать эффективный ветряк. Основой аксиального генератора станет ступица с тормозными дисками от машины. Перед началом работ ее необходимо очистить, проверить и смазать подшипники, а также покрасить.

Установка магнитов

Всего потребуется около 20 магнитов размера 20х8 мм. При желании можно использовать и большее количество этих изделий. Однако в такой ситуации следует руководствоваться двумя правилами:

• Если генератор будет однофазный, то число магнитов должно соответствовать количеству полюсов.
• Для трехфазного устройства следует придерживаться соотношения полюсов и катушек соответственно 2/3 или 4/3.

Магниты просто наклеиваются на диски ротора, но при этом их полюса должны чередоваться. Чтобы все сделать правильно, стоит предварительно изготовить шаблон-шпаргалку. Предпочтение следует отдать магнитам прямоугольной формы, так как при работе они создают магнитное поле по всей длине. Также следует отметить, что противостоящие магниты должны иметь разные полюса.

Выбор типа генератора

При сравнении одно- и трехфазного устройства, предпочтительнее выглядит второе. Одним из основных недостатков однофазного генератора являются вибрации, возникающие при работе. Причина их появления кроется в разнице амплитуд тока, так как его отдача происходит неравномерно. Благодаря компенсации фаз в трехфазной модели, поддерживается постоянная мощность.

Кроме этого отдача однофазного устройства примерно на 50% меньше. На этом преимущества 3-фазного генератора не заканчиваются. Так как при его работе не возникает вибрация, то шумовые показатели всей ветряной установки будут существенно ниже. При этом не стоит забывать и об увеличении срока эксплуатации, если выбор пал на трехфазную модель генератора.

Изготовление катушек

В создаваемом ветряке процесс зарядки батареи должен стартовать при частоте вращения ротора в 100−150 об/мин. Таким образом, общее число витков на всех катушках находится в диапазоне 1000−1200.Если эти цифры разделить на количество используемых катушек, то можно рассчитать число витков на каждой из них.

Следует помнить, что благодаря увеличению количества полюсов можно повысить мощность всей установки при работе на низких оборотах. На характеристики самодельного генератора серьезное влияние оказывает не только количество магнитов, но и их толщина. Общую мощность генератора можно рассчитать опытным путем. Для этого после изготовления одной катушки ее следует прокрутить в устройстве и измерить напряжение на определенном количестве оборотов без нагрузки.

Дальнейшие расчеты достаточно просты. Можно предположить, что при сопротивлении в 3 Ом на 150 об/мин на выходе получилось 27 В. Если из этого значения вычесть номинальное напряжение аккумулятора (в этом случае 12 В), получится 15 вольт. Для определения силы тока полученный результат (15 В) необходимо разделить на сопротивление катушки (3 Ом), что дает 5 ампер. Катушки необходимо между собой закрепить неподвижно, а выведенные наружу концы фаз соединяются треугольником или звездой. После сборки генератора его стоит проверить на работоспособность.

Финальный этап сборки

Высота мачты в среднем должна составлять от 6 до 12 метров, а ее основание стоит забетонировать. Ветряк монтируется на верхней части мачты и для упрощения ремонтных работ стоит предусмотреть механизм ее подъема и спуска, который будет приводиться в движение с помощью ручной лебедки.

Для изготовления пропеллера отлично подойдет труба из ПВХ с диаметром в 160 мм. Выбор формы лопастей осуществляется опытным путем, а основной задачей на этом этапе является усиление крутящего момента при работе на низких оборотах. Чтобы уберечь винт от сильных порывов ветра, его стоит оснастить складным хвостом.

Каждая из рассмотренных моделей ветряка имеет определенные преимущества и недостатки. Они могут быть достаточно эффективными в различных регионах, но максимальный результат будет получен в местности с частыми и сильными ветрами.

Малая энергетика: самодельный ветряной генератор. Самодельный генератор для ветряка

Постоянные магниты, а в особенности неодимовые, таят в себе огромное количество энергии. Это, конечно, не вечный двигатель, так как со временем любой магнит размагничивается, но срок его работы может составлять десятки лет. К примеру, одного килограмма таких «инструментов» хватит для того, чтобы пожизненно обеспечить электропитанием ваш компьютер. Далее в статье рассмотрено, как можно сделать самодельный генератор с помощью таких магнитов. Готовая модель будет выдавать ток силой в 1 ампер на аккумулятор 12 В.

Детали и материалы, которые будут нужны для сборки:

1. Неодимовые магниты (2*5 мм) – 24 шт.
2. Ступица от колеса мотоблока.
3. Стальной диск (диаметр 105 мм, толщина 5 мм) – 2 шт.
4. Распорная втулка (15 мм).
5. Вал.
6. Эпоксидная смола.
7. Эмальпроволока для катушек (0,5 мм).
8. Фанера 8 и 4 мм.
9. Подшипники – 2 шт.

Очень хорошо подойдет такой самодельный генератор для ветряка не слишком больших размеров. Ветряк – достаточно полезное на даче или в личном доме устройство. С его помощью можно экономить на электроэнергии.

На диски наклеиваются магниты с чередованием полярности. На каждый диск по 12 шт. Затем они примерно до половины заливаются эпоксидкой. Таким образом изготавливаются части ротора, которые затем будут надеты на вал.

Для того чтоб сделать статор, на самодельный генератор необходимо сначала намотать 12 катушек из эмальпроволоки. Ее можно взять, к примеру, из кинескопа старого сломанного телевизора. На каждую катушку должно приходиться по 60 витков проволоки. Затем катушки нужно распаять друг с другом последовательно (начало с началом, конец с концом). В результате получится одна фаза.

Теперь из фанеры изготавливается форма для заливки. В листе фанеры 8 мм выпиливается круглое отверстие. Затем проделывают два «бублика» разных диаметров. Больший по диаметру (8 мм) должен совпадать с отверстием в первом листе (8 мм). Он вставляется в это отверстие, а меньший «бублик» (4 мм) накладывается на него. По периметру большего располагаются катушки. Затем все это заливается эпоксидной смолой. На следующий день нижний толстый фанерный лист и меньший «бублик» убирают. В результате получается красивый прозрачный статор на самодельный генератор из застывшей эпоксидки и 12-ти катушек внутри нее.

Затем нужно вставить подшипники в ступицу, а в них — вал со шпонкой. Далее на вал надевается первый диск ротора, а затем распорная втулка (15 мм). Затем к ступице 3 болтами крепится статор, а после второй диск ротора, который должен упираться в распорную втулку. Второй диск крепится таким образом, чтобы его магниты, противоположные магнитам первого, имели разную полярность.

Зазоры между ними и статором можно отрегулировать медными болтами с гайками, расположив их по обе стороны ступицы. Заканчивают собирать самодельный генератор на постоянных магнитах установкой на выступающую часть вала пропеллера ветряка. Он прижимается гайкой к ротору. Для этого нужно использовать гровер. Ротор и статор можно прикрыть сверху крышкой-козырьком. Самый простой способ его сделать – отпилить дно кастрюльки с частью стенок.

Рассмотренный генератор не слишком мощный. Используя эту достаточно простую технологию, можно сделать самодельный генератор, который отлично подойдет для очень небольшого ветряка. Для более серьезных сооружений нужен более мощный генератор.

Ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора

Мой ветрячек

Фото самодельного ветряка Подготовка к постройке ветрогенератора началась с поиска подходящего генератора, который сможет давать энергию на небольших оборотах. Первое что пришло на ум, это автомобильный генератор, так-как его легко найти в любом гараже. Я подобный автогенератор взял у знакомого безвозмездно, и принялся за поиск информации о том как его адаптировать под ветрогенератор. Но оказалось что не все так просто. Без перемотки и вживления магнитов этот генератор не годится, так-как в автомобиле он работает на больших оборотах, и без переделки его можно использовать только с мультипликатором. Я решил не городить редукторы, так-как это сложно и получится большой вес ветроголовки и размеры винта, а заказать неодимовые магниты и самостоятельно перемотать статор. Параллельно заведя тему на одном из форумов по ветрогенераторам я начал собирать генератор.

Для переделки ротора под магниты я заказал в интернет магазине неодимовые магниты размером 20*5*5 в количестве 48шт, а пока магниты шли по почте я начал делать новый ротор, для этого решил извлечь родной ротор автогенератора, но пытаясь выбить его из подшипников я сломал посадочное место заднего подшипника, а потом и погнул ротор пытаясь снять крабы с обмоткой возбуждения, в общем все переломал, целым остался только статор. Статор от «классики» на 36зубов, ширина зуба 5мм, толщина статора 25мм, а внутренний диаметр 89мм.

Самодельный генератор

Детали для изготовления генератора для ветряка Еще один авто-генератор я не стал искать, а решил сварить новый корпус для статора. Корпус сварил из стального листа толщиной 2мм. Сначала вырезал болгаркой два восьми-угольника на 2см больше внешнего диаметра статора, восьми-угольники легче резать болгаркой чем круги. Потом отрезал две полоски шириной 1.5см, и сжав их по статору проволокой приварил к восьми-угольникам, получились пазы для вставки статора, чтобы он не бултыхался и прочно сидел в корпусе.

Далее сделал два фланца из той-же стали 2мм. под 201-е подшипники и с помощью сверла на-сверлил везде где надо отверстий под крепления этих фланцев с подшипниками. Фланцы делал специально, чтобы можно было центровать ротор, а так можно было бы просто колечки приварить под подшипники, но центровать как. На фото для подшипников не фланцы, а колечки, их пришлось срезать так-как невозможно » на коленке» точно от-центровать, и я сделал фланцы.

Самодельный ротор

Фото ротора для самодельного генератора Ротор делал тоже сам, нашел металлический пруток толщиной 12мм, как-раз под 201-е подшипники, нарезал резьбу на шпильке под крепление винта. Под магниты мне нужна была металлическая гильза толщиной 76мм, так-как внутренний диаметр ротора 89мм, минус толщина магнитов по 5мм со стороны =10мм, и на зазор между статором и ротором по 1,5мм= 3мм. Но под гильзу нашел только отрезок 72-й трубы, поэтому пришлось сделать кольцо из стали 2мм, обжарь хомутами и приварить, чтобы нарастить толщину до нужных 76мм.

Гильзу на шпильку решил залить эпоксидной смолой, так-как сваркой боялся не точно приварить. На шпильке чтобы она не дай бог не покрутилась наварил пластинки. Из жести вырезал ножницами два круга по внешнему диаметру гильзы, а по центру кругов под шпильку. Шпильку вставил в эти отверстия и залил эпоксидкой. Получился такой вот самодельный ротор, который я до блеска отшлифовал на шлифовальном круге. Да, на ротор ушло много времени, и он получился кривоватый и не отцентрован, но зато я без токарей обошелся, и деньги сэкономил.

Генератор

Так выглядит генератор в собранном виде Когда корпус был готов и даже покрашен, я принялся за статор, удалил старую обмотку и старый лак отскреб с пазов. Потом читая форум я пришел к выводу что надо делать именно трехфазный генератор, то-есть мотать три фазы. У местного, который занимается перемоткой двигателей я хотел купить 200 витков эмаль-провода 0,56мм, но он мне так дал, так-как там грамм двести всего моточек. И радостный я пошел домой мотать статор.

Статор мотал каждую катушку прямо на зуб, так-как всыпные обмотки сложно для меня, там нужно готовую катушку в пазы впихивать, а если прямо на зуб мотать, то получается плотно и ровненько, и витков больше влезает. В качестве изоляции использовал обычный картон от тетради. На каждый зуб получилось по 33_39 витков проводом 0,56мм, мотал пофазно, скачало одну фазу перешагивая через каждые два зуба, потом проверил намотанные фазы не коротят-ли на статор, и обмазал эпоксидкой катушки вместо лака.

Ротор с неодимовыми магнитами

готовый ротор с залитыми эпоксидной смолой магнитами У меня вышло три фазы по 12катушек, сопротивление фазы 3,3Ом., значит мне надо было на роторе магнитами сделать 24полюса, так-как соотношение магнитов к катушкам в трехфазном 2/3, где два магнита на три катушки, если например катушек 18 то полюсов 12. Сначала я наклеил 24 магнита на ротор через равное расстояние и залил эпоксидкой. Собрал генератор, соединил фазы в звезду и покрутил, крутил рукой считая обороты в секунду, получилось примерно на 200об/м генератор выдавал 13вольт и 2А кз, при 300об/м 20вольт и 1А на АКБ. Результатом обрадовался, но у генератора имелось залипание магнитов к зубцам статора, а это мешает винту стартовать на слабом ветру, и я решил сделать скос магнитов на роторе.

Переделка ротора на магниты со скосом

Отковырял магниты и теперь буду делать со скосом Отковырял магниты и сделал скос на мнимый магнит, снова залил и покрутил, залипание упало в двойне, и стало еле ощутимым, но генератор потерял в мощности порядка 35%. Я думал все оставить так и уже думал о винте, но у меня еще остались магниты, и я хотел чтобы они тоже работали, и мне на форуме посоветовали поставить по два магнита на полюс, и я снова расковырял ротор и очистил от эпоксидки. С помощью супер клея наклеил магниты по два на полюс и покрутил.

Ротор полностью заполнился магнитами, а мощность возросла в двойне, и залипания не слишком сильные, я измерил и получилось 0,3Нм. Теперь генератор начинал заряжать при 120об/м, при 200об/м напряжение в холостую около 20вольт. Я снова залил магниты эпоксидкой и на этом генератор был закончен, я был доволен, тем более что лучше вроде и не сделать в моем случае. В теории генератор вышел мощностью порядка 100ватт/ч на ветру 12м/с.

Самодельный генератор для ветряка

После переделки ротора снова тестирую генератор на напряжение и ток Далее я стал собирать ветрогенератор, сначала изготовил поворотную ось. Ее сделал из одного подшипника и отвода 15-й трубы с резьбой и гайками. Трубку с помощью эпоксидки залил внутри подшипника, а подшипник залил на куске пластиковой трубы диаметром 50мм., так получилась поворотная ось. Из профиля 50*25мм длинной 60см. я сделал балку, на которую закрепил генератор, хвост и прорезал отверстие под крепление поворотной оси. Дома нашел пять метров 50-й трубы для мачты. Лопасти поставил от первого мини вертячка. Лопасти делал из жести без всяких расчетов, диаметр трех-лопастного винта 1,6м. Готовый ветряк закрепил на мачте и поднял на ветер, подсоединил небольшой АКБ, и мультиметр. На улице дул небольшой ветер, и ток подскакивает до 1А, ура, пошла зарядка думал я про себя. На следующий день подул ветер по сильнее, ток доходил до 3А, и жестяные лопасти не выдержали и согнулись побившись о мачту.

Самодельный ветрогенератор

Ветряк после переделки, и с новыми лопастями из ПВХ трубы Далее я думал о новых лопастях ища инфу на форумах и сайтах, оказывается все делают лопасти из ПВХ труб, и я отыскав кусок 110-й трубы вырезал три лопасти по 75см длинной, поставил на ветряк, все стало крутится, но при усилении ветра мощность сильно не росла и максимум доходила до 5А при при 12-15м/с, далее стал разбираться с лопастями и подшънимать мощность ветряка. На форуме нашел расчеты винтов из ПВХ труб, посмотрел как делаются углы атаки ветра и новые лопасти вырезал. Результат стал лучше, но ненамного, при слабом ветре тоже около 2А, а вот на сильном до 7А.

В общем ветряк получился слаб-же чем я ожидал, но зато он работал и давал зарядку сначала на маленький АКБ 9А/ч, а потом я поставил АКБ на 60А/ч. Ветрогенератор стартует примерно на ветре 4м/с, и дает на зарядку около 1А, при небольшом усилении 2-3А, а на сильном ветру до 8А, это до 100ватт/ч, а в среднем 20-30ватт/ч, немного, но и это неплохо для меня. Позже я сделал для него новый трех-лопастной винт диаметром 1,7м из 160-й трубы, с которым он выдавал до 11А на АКБ 12вольт, это до 140ватт/ч. Так-ж пробовал и 24вольта АКБ ставить, ток на сильном ветру доходил до 12А, это до 280ватт/ч., а в среднем те-же 20-30ватт/ч.

Вот таким вышел мой второй, уже более мощный чем первый ветрогенератор. Этот ветрогенератор более двух месяцев обеспечивал мне светодиодное освешение и портативный телевизор с нетбуком и другая мелочь, зарядка телефона и прочее. Но у нас местность маловетренная, среднегодовач всего 2,4м/с, и часто в ьезветренные дни приходилось сильно высаживать АКБ, поэтому мне пришлось строить в помощь этому еще один ветрогенератор, но о нем в следующей статье.

принцип работы, как сделать своими руками

С момента появления разнообразных технических устройств, выпускаемых серийно, люди, имеющие желание познать что-то новое и создать это новое своими руками, изготавливают подобные устройства и механизмы самостоятельно.

Самодельный ветровой генератор не является исключением. Для его изготовления используют как подручные средства и материалы, так и применяют компоненты заводского производства, ранее использованные в других устройствах.

Принцип работы

Работа ветрового генератора основана на преобразовании энергии ветра в электрическую энергию. Преобразование осуществляется путем передачи кинетической поступательной энергии ветровых потоков (№1 на схеме), во вращательное движение (№2 на схеме) лопастей ветровой установки («В» на схеме). В свою очередь вращательное движение лопастей, посредством механической передачи (устройство вторичного вала и редуктора), передается на вал электрического генератора («G» на схеме), вырабатывающего электрический ток (№3 на схеме).

Как сделать своими руками, что потребуется

При изготовлении ветрового генератора своими руками могут быть использованы различные материалы и подручные средства, имеющиеся в наличии. Самым главным условием для успешного решения поставленной задачи является желание изготовить подобный механизм самостоятельно и умение работать разнообразным инструментом, а также наличие свободного времени.

Вот некоторые из вариантов изготовления подобных устройств из подручных средств:

Из автомобильного генератора

Автомобильный генератор, по своему устройству, предполагает производство электрической энергии, которая вырабатывается при вращении его вала. В связи с этим, вариант использования подобного устройства, является наиболее простым решением, при самостоятельном сооружении ветровой установки.

Наиболее сложной частью, подобного устройства, являются лопасти и узел их крепления. Для изготовления данного узла можно использовать листовой, не поддающийся коррозии, металл, (алюминий, нержавеющая или оцинкованная сталь), который должен иметь способность крепиться к валу генератора и позволять закрепить необходимое количество лопастей на нем.

Лопасти можно изготовить из пластиковых труб диаметром 100,0 — 120,0 мм, для чего их следует нарезать требуемой длины и разрезать пополам, после чего места пиления обработать абразивными материалами и закрепить на ранее подготовленном узле их крепления. Собранный узел монтируется на вал генератора.

Из металлических труб, диаметром 20,0 – 25,0 мм изготавливается несущая конструкция, ее размер и форма, зависят от типа автомобильного генератора. Данный узел установки несет на себе максимальную нагрузку, в связи с тем, что именно эта часть создаваемого ветрового генератора подвергается воздействию потоков ветра и на рнего воздействует собственный вес монтируемых деталей.

На изготовленную несущую конструкцию монтируется генератор с лопастями, а также хвостовик установки, который может быть изготовлен из любого прочного материала: пластик, фанера, листовой металл.

Когда конструкция готова, к выводам генератора подсоединяются провода и вся установка монтируется на заранее подготовленном основании. Высота основания и место его установки, должны быть выбраны индивидуально, в зависимости от конкретных условий и региона расположения, что определяется наличием и скоростью воздушных потоков.

Один из вариантов ветряка, изготовленного с использованием автомобильного генератора, приведен на ниже приведенном фото:

Из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель, это электрический аппарат, служащий для преобразования электрической энергии в механическую, в виде вращательного движения вала данного устройства.

В своей конструкции, асинхронный двигатель имеет статор, в который помещены электрические обмотки и ротор, вращающийся внутри статора, и если в нормальном режиме работы, ротор вращается под воздействием электрического поля, создаваемого в статоре, при подаче на обмотки напряжения, то при использовании подобных электрических машин, при изготовлении ветрового генератора, происходит обратный процесс – при вращении ротора, в электрических обмотках статора образуется электрический ток. Единственное условие, при данном варианте конструкции, это необходимость не значительное переделки используемого асинхронного двигателя.

Объем переделки зависит от типа используемого двигателя, так если это оборотистая машина, с числом оборотов более 1000, то необходима перемотка обмоток статора, при использовании тихоходных устройств — перемотка не требуется. Кроме этого, для обеспечения надежной работы создаваемого ветрового генератора, необходимо выполнить установку магнитов, для этого ротор машины протачивается, на размер устанавливаемых магнитов, магниты приклеиваются к ротору, после чего данный узел заливается эпоксидной смолой.

Магниты размещаются по шаблону, для создания равномерно направленной ЭДС, образующейся в устройстве. Полюса магнитов («+» и «-») должны чередоваться, что обеспечит правильную работу аппарата.

Вариант расположения магнитов, на роторе асинхронного двигателя, приведен на фото, расположенном ниже:

Когда работы по переделке ротора завершены, двигатель собирается, и изготавливаются лопасти ветровой установки и конструкция их крепления.

Лопасти могут быть изготовлены, как и в случае использования автомобильного генератора (пластиковые трубы), или из иного, имеющегося в наличии материала: листовой металл, пластик, дерево и т.д.

Несущая конструкция должна быть прочной, т.к. асинхронный двигатель обладает значительным весом. Один из вариантов монтажа приведен на ниже расположенном фото:

Для подключения собранной и смонтированной установки используются схема соединения обмоток «треугольник», приведенная ниже:

М – асинхронный двигатель;

С – конденсаторы, обеспечивающие нормальный режим работы установки;

SA1 – коммутационный аппарат, служащий для вывода двигателя из работы;

ХР1 – клеммная колодка, служащая для соединения двигателя с нагрузочной сетью.

На неодимовых магнитах

Неодимовый магнит – это мощное устройство, в состав которого входит редкоземельный металл – неодим, железо и бор. Данный вид магнитов отличается стойкостью к размагничиванию и мощностью притяжения.

Для изготовления ветрового генератора данного вида необходимо приобрести комплект неодимовых магнитов и использовать автомобильную ступицу или иное устройство (шкив и т.д.), которые послужат основой конструкции.

При изготовлении 1-фазного генератора, количество полюсов должно соответствовать количеству магнитов, при изготовлении 3-фазного генератора, соотношение полюсов и катушек, должно быть – 2/3 или 4/3, соответственно.

Магниты наклеиваются на поверхность ступицы (шкива), при этом их полюса должны чередоваться. Для того, чтобы не ошибиться при изготовлении данного элемента, лучше всего выполнить разметку поверхности, на которой крепятся магниты, а также промаркировать их полярность. Вариант монтажа магнитов, с использованием шкива, приведен на фото:

Из медного провода наматываются катушки, количество которых соответствует количеству установленных магнитов. При наматывании, используется провод ПЭТВ или аналог, применяемый при изготовлении обмоток электрических машин. Количество витков можно рассчитать, но при отсутствии опыта выполнения подобных расчетов, вариант подбора, требуемого количества, также может быть применен.

Для небольшого генератора на неодимовых магнитах, общее количество витков в обмотке статора, должно составлять 1000 – 1200 штук, в свою очередь для определения количества витков в одной катушке, данное количество необходимо разделить на количество изготавливаемых катушек.

Внутренний диаметр (отверстие) катушки должен соответствовать диаметру магнита, или быть несколько большим, чем он.

Изготавливается статор генератора. Для этого можно воспользоваться прочным пластиком или фанерой, на поверхности которых выполняется разметка и крепление изготовленных катушек.

Вариант выполнения данной операции приведен на ниже следующем фото:

Катушки крепятся с использованием клея, после чего вся поверхность заливается эпоксидной смолой. Толщина получаемого статора должна соотноситься с толщиной неодимовых магнитов. Концы катушек, перед заливкой, выводятся наружу, где в последствии соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

Выполняется сборка изготовленных узлов, в единое изделие. В случае использования автомобильной ступицы, конструкция выглядит следующим образом:

К ротору генератора (ступице) крепятся лопасти или приводной вал, в случае горизонтальной установки статора. Собранные узлы крепятся на подготовленной основании, а к выводам катушек подключается нагрузка.

Самодельный ветрогенератор для дома и дачи

Для резервного электроснабжения загородного дома или дачи, наиболее подойдет вертикальный ветровой генератор, что обусловлено простотой конструкции, возможностью работать при малых ветровых нагрузках и отсутствие необходимости в монтаже высоких мачт, служащих площадкой для установки ветрового генератора.

Из рассмотренных выше вариантов изготовления подобных устройств своими силами, наиболее эффективен вариант с использованием неодимовых магнитов. В этом случае изготавливается опорная конструкция, в нижней части которой устанавливается изготовленный генератор и приемное устройство, в виде полусфер, как показано на ниже приведенном рисунке:

Ведущий вал изготавливается из стальной шпильки, которая помещается в подшипники, устанавливаемые на несущей конструкции, которая в свою очередь изготавливается из профильного (уголок, труба и т.д.) и листового металла.

В нижней части шпилька крепится к оси генератора, а в ее верхней части, монтируется конструкция, на которую устанавливаются лопасти.

Каракас лопасти (полусфера) может быть изготовлен из дерева, фанеры или толстого пластика. Для поверхности лопастей, используется тонкая фанера, тонкий пластик или легкий металл (оцинкованное железо и т.д.), которые закрепляются на каркасе лопасти, после чего выполняется их монтаж на конструкцию в верхней части шпилек.

После завершения сборки, собранное изделие устанавливается на подготовленном заранее месте и включается в работу.

Ветрогенератор для отопления

При принятии решения об устройстве системы отопления загородного дома или дачи, необходимо помнить, что, как и в случае с электроснабжением подобных объектов, ветровой генератор не является надежным источником энергии, и может лишь служить аварийным, либо в качестве второго источника, дополняя прочие альтернативные способы получения требуемой энергии: солнечные панели, геотермальные установки и т.д.

Вне зависимости от того, в качестве какого источника (основного, дополнительного или резервного) работает ветровой генератор, для работы системы отопления необходима электрическая энергия, идущая на нагрев ТЭНов отопительного котла и работы циркуляционных насосов.

В связи с этим, на выбор конструкции собираемой установки, влияет ее мощность, т.е. способность производить определенное количество электричества в единицу времени. Из рассмотренных выше вариантов, для устройства системы отопления можно применить конструкцию с использованием неодимовых магнитов и асинхронного двигателя.

Плюсы и минусы самоделок

У любого технического устройства есть свои достоинства и недостатки, и ветровые установки не являются исключением. Так различным типам ветровых генераторов присущи свои плюсы и минусы, которые определяют их технические характеристики, стоимость и условия монтажа.

Тем не менее, вне зависимости от конструкции таких устройств, если они изготавливались самостоятельно, то им присущи общие достоинства и недостатки, которые можно сформулировать следующим образом:

1. Низкая стоимость.
2. Возможность изготовления из подручных средств.

1. Не возможность создать устройства надежные по обеспечению потребителей электрической энергией достаточной мощности.
2. Сложность изготовления, требующая знаний в этой области техники и умение работать различным инструментом.

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Самодельный ветрогенератор. | Каталог самоделок

Из практических типов ветровых турбин в интернете можно найти конструкцию ветрогенератора с дисковым аксиальным генератором. Некоторые называют эту модель «буржуйской», так как соответствующая компоновка генератора начала использоваться как раз на Западе. Ведь там были доступными различные редкие магниты. Сейчас же эта модель часто появляется и в России.

Сначала может показаться, что эта конструкция наиболее доступная. С этим можно согласиться, однако статоры без железа менее эффективны аналогов, содержащих железо. Для подобных генераторов понадобятся более толстые магниты и в гораздо большем количестве.

Теперь перейдём к сути самого проекта. Генератор обладает шестнадцатью парами полюсов. При его создании были использованы неодимовые магниты и 27-миллиметровый диск с высотой в 8 миллиметров. С осторожностью относитесь к этим штукам: неаккуратное обращение с ними может привести к серьёзной травме! В создании предмета использовался трёхфазный генератор и 12 катушек. Соединение – «звезда».

Несмотря на то, что расчёт делался под провод размером в 1,06 миллиметра, при намотке был использован 0.9-миллиметровый провод. Так уж сложилось, что необходимого провода у меня тогда не оказалось. Именно поэтому между катушек осталось небольшое пространство, а генератор не стал выходить на расчётные параметры. Катушки были намотаны на самодельном небольшом станке. Как видим, ничего удивительного.

Конструкцию можно выбрать исходя из собственных предпочтений.

Фанеру выбрал в качестве формы под статор.

Расположил все катушки, после чего форму предварительно обработал вазелином. Это нужно проделать, чтобы можно было с лёгкостью вытащить из формы отлитый статор.

Распайку сделал соответствующим образом.

Развёл эпоксидную смолу, добавив 30 % талька. Наложил стеклянную сетку сверху катушек, а также на дно. Не использовал стеклоткань ввиду сложностей при работе с ней. Начал заливать статор, медленно подливая смолу (должны быть видны выходящие пузырьки, содержащие воздух).

Чтобы притянуть крышку, провёл размещение таким образом, чтобы саморезы прошли через катушечное отверстие (чтобы исключить повреждения). Само же катушечное отверстие залепил пластилином для более качественного охлаждения. Когда пластилин высох, я его удалил. Через некоторое время с лёгкостью из формы извлёк готовый статор. Он был ровный и красивый.

В качестве материала для ротора мне пригодилась задняя ступица, снятая с автомобиля ВАЗ-2108. Она недорогая, но при этом обладает достаточной мощностью. В автосервисе попросил тормозные диски от восьмёрки. У дисков диаметр составлял 24 см., толщина – 1 сантиметр. После шлифовки рабочей поверхности начал наклеивать магниты. Вначале использовал «Суперклей», после чего залил той же эпоксидной смолой.

Провёл сварку ветровой головки, после чего установил на ней генератор. Хвост закреплён качественно, то есть не была выполнена бурезащита.

Лопасти состоят из ПВХ-трубки (диаметр 16 см.). Конструировал также пятилопастные и трёхлопастные варианты, два варианта работали стабильно.

АКБ начинает заряжаться почти сразу же после вращения. Вращается он, кстати, даже от небольшого ветра. Несколько ампер от небольшого дуновения, а при слабых порывах – около пяти ампер. Нормальный ветер же даст целых десять ампер. Итог: идея реализована (АКБ заряжается даже на слабом ветру).

Максимальный показатель на интенсивном ветру – 20 A. Более высоких результатов прибор не выдавал. В настоящее время это устройство уже демонтировано. Несмотря на отсутствие покраски, во время осмотра повреждения отсутствовали. Теперь составляю план будущих испытаний с этим устройством.

Представляю вам те самые ранее упомянутые изощрения.

Собираюсь испытать и другой вариант с использованием старых отожжённых железных опилок в статоре генератора вместо ЭТС. Опилки буду использовать среднего размера.Результаты получились не очень удовлетворительные: недостаток во времени и десятиградусная температура неблагоприятно сказались на трудовых подвигах. Снова был использован не предназначающийся в этом деле готовый статор. При смешивании опилок использовал не эпоксидную смолу, а уже герметик из силикона. В итоге был получен пластичный материал, с которым, как оказалось, довольно легко работать.

Результаты испытаний такого варианта указаны в таблице.

Вполне вероятно, что если следовать всем условиям при конструировании этого устройства, он может дать весьма неплохие результаты.

Изготовление генератора для ветряка из асинхронного двигателя своими руками

уже прочитали: 706

Этапы

имеет два основных этапа:

• изготовление ротора
• создание генератора

Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:

Изготовление генератора из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наилучшей «заготовкой» для изготовления генератора. Он имеет для этого наилучшие показатели по устойчивости к короткому замыканию, менее требователен к попаданию пыли или грязи. Кроме того, асинхронные генераторы вырабатывают более «чистую» энергию, клирфактор (наличие высших гармоник) у этих устройств всего 2% против 15% у синхронных генераторов. Высшие гармоники способствуют нагреву двигателя и сбивают режим вращения, поэтому их малое количество является большим плюсом конструкции.

Асинхронные устройства не имеют вращающихся обмоток, что в значительной степени снимает возможность выхода их из строя или повреждения от трения или замыкания.

Эксперт Energo.House Фомин О. А.

Горный инженер, строитель.

Также важным фактором является наличие на выходных обмотках напряжения в 220В или 380 В, что позволяет подключать приборы потребления прямо к генератору, минуя систему стабилизации тока. То есть, пока есть ветер, приборы будут работать точно так же, как от сети.

Единственное отличие от работы полного комплекса в прекращении работы сразу же после стихания ветра, тогда как аккумуляторы, входящие в комплект, какое-то время питают потребляющие устройства используя свою емкость.

Как переделать ротор

Единственным изменением, которое вносится в конструкцию асинхронного двигателя при переделывании его в генератор, является установка на ротор постоянных магнитов. Для получения большей силы тока иногда перематывают обмотки более толстым проводом, имеющим меньшее сопротивление и дающим лучшие результаты, но эта процедура не критична, можно обойтись и без нее — генератор будет работать.

Ротор асинхронного двигателя не имеет никаких обмоток или иных элементов, являясь, по сути, обычным маховиком. Обработка ротора производится в токарном станке по металлу, обойтись без этого никак нельзя. Поэтому при создании проекта надо сразу решить вопрос с техническим обеспечением работ, найти знакомого токаря или организацию, занимающуюся такими работами. Ротор надо уменьшить в диаметре на толщину магнитов, которые будут на него установлены.

Существует два способа монтажа магнитов:

• изготовление и установка стальной гильзы, которая одевается на предварительно уменьшенный в диаметре ротор, после чего на гильзу крепятся магниты. Этот способ дает возможность увеличить силу магнитов, плотность поля, способствующую более активному образованию ЭДС
• уменьшение диаметра только на толщину магнитов плюс необходимый рабочий зазор. Этот способ проще, но потребует установки более сильных магнитов, лучше всего — неодимовых, которые имеют намного большее усилие и создают мощное поле.

Установка магнитов производится по линиям конструкции ротора, т.е. не воль оси, а несколько смещенными по направлению вращения (на роторе эти линии хорошо видны). Магниты расставляются по чередованию полюсов и фиксируются на роторе с помощью клея (рекомендуется эпоксидная смола). После ее высыхания можно производить сборку генератора, в который отныне превратился наш двигатель, и переходить к испытательным процедурам.

Испытания вновь созданного генератора

Эта процедура позволяет выяснить степень работоспособность генератора, опытным путем определить скорость вращения ротора, необходимую для получения нужного напряжения. Обычно прибегают к помощи другого двигателя, например, электродрели с регулируемой частотой вращения патрона. Вращая ротор генератора с подключенным к нему вольтметром или лампочкой, проверяют, какие скорости необходимы для минимума и каков максимальный предел мощности генератора, чтобы получить данные, на основе которых будет создаваться ветряк.

Можно в испытательных целях подключить какой-либо прибор потребления (например, нагреватель или осветительное устройство) и убедиться в его работоспособности. Это поможет снять все возникающие вопросы и внести какие-либо изменения, если возникнет такая необходимость. Например, иногда возникают ситуации с «залипанием» ротора, не стартующего при слабых ветрах. Это происходит при неравномерном распределении магнитов и устраняется разборкой генератора, отсоединением магнитов и повторным их укреплением в более равномерной конфигурации.

По завершении всех работ в распоряжении появляется полностью рабочий генератор, который отныне нуждается в источнике вращения.

Изготовление ветряка

Для создания ветряка потребуется выбрать какой-либо из вариантов конструкции, которых имеется немало. Так, существуют горизонтальные или вертикальные конструкции ротора (в данном случае термин «ротор» обозначает вращающуюся часть ветрогенератора — вал с лопастями, приводимый в движение силой ветра). имеют более высокую эффективность и устойчивость в производстве энергии, но нуждаются в системе наведения на поток, которая, в свою очередь, нуждается в легкости вращения на валу.

Эксперт Energo.House Фомин О. А.

Горный инженер, строитель.

Чем мощнее генератор, тем труднее его вращать и тем большее усилие должен развивать ветряк, что требует его больших размеров. При этом, чем крупнее ветряк, тем он тяжелее и обладает большей инерцией покоя, что образует замкнутый круг. Обычно используют средние значения и величины, дающие возможность образовать компромисс между размерами и легкостью вращения.

проще в изготовлении и не требовательны к направлению ветра. При этом, они имеют меньшую эффективность, так как ветер с одинаковой силой воздействует на обе стороны лопасти, затрудняя вращение. Для того, чтобы избежать этого недостатка, создано множество различных конструкций ротора, таких как:

• ротор Савониуса
• ротор Дарье
• ротор Ленца

Известны ортогональные конструкции (разнесенные относительно оси вращения) или геликоидные (лопасти, имеющие сложную форму, напоминающую витки спирали). Все эти конструкции имеют свои достоинства и недостатки, основным из которых является отсутствие математической модели вращения того или иного вида лопастей, делающего расчет крайне сложным и приблизительным. Поэтому действуют методом проб и ошибок — создается экспериментальная модель, выясняются ее недостатки, с учетом которых изготавливается рабочий ротор.

Наиболее простая и распространенная конструкция — ротор , но в последнее время в сети появляется множество описаний других ветрогенераторов, созданных на базе других видов.

Устройство ротора несложно — вал на подшипниках, на верхней части которого укреплены лопасти, которые под действием ветра вращаются и передают крутящий момент на генератор. Изготовление ротора осуществляется из доступных материалов, монтаж не требует чрезмерной высоты (обычно поднимают на 3-7 м), это зависит от силы ветров в регионе. Вертикальные конструкции почти не требуют ухода или обслуживания, что облегчает эксплуатацию ветрогенератора.

Генератор для ветряка своими руками

Собрать ветрогенератор с низкими оборотами достаточно просто, но при этом необходимо учитывать некоторые особенности. Не имея определенных знаний и опыта, соорудить такое устройство с хорошими показателями не всегда получается, но зная важные моменты и нюансы, можно попробовать это сделать.

Изначально необходимо найти подходящего донора для ветрового генератора. Если в планах стоит конструирование мощного устройства, тогда можно использовать асинхронный двигатель с низкими оборотами, а для ветряка послабее подойдет обычный генератор от автомобиля. Отличным вариантом будет асинхронный двигатель с 12-ю полюсами. Он не нуждается в перематывании, а ротор требует небольшой проточки и прикрепления неодимовых магнитов.

Магниты и полюса

Первым делом необходимо определить количество зубов на статоре с медной обмоткой. Исходя из их числа определяется количество магнитных полюсов на роторе. Отношение должно быть 2/3, в котором пара магнитных полюсов на три катушки. В зависимости от величины зубов статора и его размера, оно может быть и 4/3.

Если на статоре 36 зубов, следовательно, нужно сделать 24 магнитных полюса. Для этого требуется купить неодимовые магниты любого размера и формы. Рекомендуется приобретать магниты в виде прямоугольника, так как их можно плотно установить на поверхности ротора, что увеличивает производительность генератора. Но зачастую используют круглые, так как их меньше помещается, что удешевляет конструкцию.

Крепление магнитов на роторе

Для расположения магнитов на поверхности ротора необходимо его изначально проточить на их толщину. Желательно, чтобы проточка проходила с учетом крепления на ротор металлической гильзы, на которую будут устанавливаться магниты. Как правило, ее делают одинаковой толщины с магнитами или же немного тоньше. После этого необходимо изготовить каркас для магнитов. Для этого необходимо намотать на гильзу бинт, пропитанный эпоксидной смолой.

Предварительно ротор нужно обернуть пленкой. Наматывать необходимо толстым слоем. После чего нужно обточить ее до требуемого диаметра и аккуратно снять с ротора. Затем в этой болванке проделываются отверстия под магниты.

Следующим шагом является разделение ротора на полюса. На полученную площадь необходимо вместить магниты, чем больше, тем лучше. Первая часть магнитов клеится северным полюсом вверх, следующая – южным. Таким образом обрабатывается вся поверхность ротора. Клеить магниты можно эпоксидной смолой или супер клеем.

Скос и залипание

Одним из недостатков генераторов на постоянных магнитах это залипание. Они притягиваются к металлическим частям статора, чем усложняют старт ветряка при небольшом ветре. Для предотвращения этого делают скос на воображаемый магнит на ширину полюса. Это действие немного уменьшает производительность генератора, так как теряется эффективность магнитов. Потеря зависит от величины скоса.

Рекомендуется изначально расположить магниты без скоса и проверить момент старта. Если он превышает 0,4 Нм, тогда следует делать скос, поскольку винт не тронется на слабом ветру. Но тут уже каждый выбирает, что нужно – либо работа при маленьком ветре, либо мощность при сильном.

Ротор с прямоугольными магнитами

При использовании прямоугольных магнитов переделка ротора походит немного легче, при этом площадь полюсов эффективно заполняется. Необходимо также рассчитать их количество. Для заполнения полюсов желательно выбирать цельные магниты. Для их установки не нужно создавать каркас. Магниты просто клеятся на клей, после чего обматываются скотчем и заливается эпоксидной смолой.

В основном асинхронные двигателя оснащаются трехфазной обмоткой, которую можно не перематывать. Но существуют модели с четырех-полюсной обмоткой, но при этом она слишком тонкая и будет выдавать небольшой ток, так как обладает большим сопротивлением. В таком случае без перемотки не обойтись. Ее выполняют под необходимое количество полюсов и каждый зуб. Для того, чтобы повысить мощность генератора на малых оборотах, необходимо увеличить число катушек полюсов.

После проведения всех расчетов следует начинать перемотку. Изначально нужно удалить старую обмотку. Существует два способа перемотки – сразу на зуб и всыпная. Она выполняется следующим образом, изначально наматываются катушки, а после они вставляются в пазы статора. Изолируют их пленкоэлектрокартоном или обычным картоном.

При другом методе намотка проводится прямо на зуб. При этом проволока должна плотно ложится друг к другу. К тому же этот способ обладает некоторыми преимуществами. В таких катушках меньшее сопротивление, а также наматывается больше проволоки, что увеличивает мощность генератора. Даже пара лишний витков дает повышение производительности.

Малая энергетика: самодельный ветряной генератор

Источники энергии природного происхождения очень популярны как за рубежом, так и в России. Находятся энтузиасты, поддерживающие идею экологически чистой энергии. Ее можно получать из солнечного тепла или ветра. Поговорим подробнее о том, как малая энергетика может преобразить жизнь человека, проживающего в частном доме или на даче, и как сделать ветрогенератор.

Ветряки встречаются двух видов. Одни схожи с флюгерами, другие представляют собой более сложные конструкции, в работу которых включаются электронные устройства. Но обо всем по-порядку. Энергия, получаемая от ветра, может служить для выработки электроэнергии для различных нужд, например, для освещения или нагрева воды. Для того чтобы изготовить самодельный ветряк, можно взять шаговый двигатель. В качестве пропеллера подойдет старый вентилятор. Его надо насадить на ось двигателя. Пропеллер очень чувствителен и реагирует даже на легкое дуновение ветра, а это и необходимо при построении ветряка. Двутавровая балка из дюраля подойдет в качестве несущей траверсы. Обрезки из алюминия толщиной 2 мм займут место держателя двигателя, а киль изготовить можно из дюраля, оставшегося после установки пластиковых окон. Подобранный таким образом материал мало того, что очень легок, но и не подвержен коррозии. А это очень важно. Ведь вся конструкция предназначена для работы круглый год в любую погоду. Когда малая энергетика приходит в дом, его хозяева могут не беспокоиться за свой комфорт. К тому же ветряки помогают сэкономить средства на электроэнергии.

Но для того, чтобы конструкция была долговечной и в любую погоду могла реагировать даже на легкий ветер, можно рассмотреть еще одну технологию. Ветряная электростанция занимает умы многих самодеятельных умельцев, которые из подручных средств создают собственные конструкции. Новичку порой может показаться, что это довольно сложный процесс. Однако на практике все оказывается не так страшно. Первоначально стоит позаботиться о выборе генератора. Есть варианты применения магнитов постоянного тока или мотора от компьютера. Чтобы изготовить ветряной генератор своими руками, нужен движок, рассчитанный на высокое электрическое напряжение и низкие обороты, способный, например, зажечь лампу в двенадцать вольт.

При создании лопастей некоторые умельцы используют дерево. Гораздо эффективнее и проще использовать трубы ПВХ. Чтобы получить лопасти в пятьдесят сантиметров длиной, подойдут пластиковые трубы с диаметром в десять сантиметров. Трубу нужно разрезать вдоль на четыре части. Три будут использоваться в устройстве, а 4-я останется в качестве запасной. Готовые лопасти нужно обработать наждаком. Теперь, когда основные части ветрогенератора подготовлены, необходимо из них собрать электростанцию, работающую от ветра. Чтобы малая энергетика была для вас достаточно эффективной, необходимо тщательно продумать все детали и крепления. Лопасти и диск из алюминия можно закрепить с помощью болтов. Из куска пластиковой трубы нужно сделать защиту для двигателя ветряка. Само устройство лучше закрепить на доске, которая будет исполнять роль подставки для ветрогенератора. Тяжелый лист из алюминия, прикрепленный к хвостовой части ветряка, будет играть роль направляющей. Она сможет поворачивать ветряную установку вслед за изменяющимся ветром. Чтобы ветряк мог свободно поворачиваться навстречу ветру, его лучше поместить на башню, в качестве которой подойдет железная труба. Она может иметь диаметр 2,5 сантиметров. Провода, идущие от генератора, надо пропустить внутри трубы и выводить наружу у основания башни. Основанием башни послужит диск из фанеры с диаметром в 60 см. Изготовить из трубопроводной арматуры форму, напоминающую подкову, в центре поместить тройник. Он сможет свободно поворачиваться. В деревянном диске нужно просверлить отверстия, куда будут входить стальные вставки, для фиксации устройства на земле.

Таким образом, малая энергетика, так умело реализованная своими руками, не оставит вас разочарованным результатом.

Источник http://tehnolen.ru/how-to-make-a-powerful-generator-for-a-windmill-homemade-home-wind-power-plant/

Источник http://sotka.guru/dachnye-prisposobleniya/generatory/kak-sobrat-vetryanoy-generator-svoimi-rukami-dlya-doma.html

Источник http://rinni-pool.ru/raznoe/samodelnyj-generator-dlya-vetryaka.html