Хвост ветрогенератора

Содержание

Хвост ветрогенератора

Монтаж ветряка .

1. Снимите ПО ОДНОМУ удлинительные тросы-вставки и переставьте ПО ОДНОМУ основные тросы на анкер рычага.

2. Переключив лебёдку на раскручивание, опустите мачту.

3. Привинтите к фланцу ветряка переходный фланец (необходимы шесть болтов М12 50 мм).

4. К кабелю и к ветряку необходимо припаять разъём, например, ШР4. После присоединения проводов ветрогенератора к силовому кабелю, проходящему в мачте, соедините переходный фланец с ветряком к фланцу мачты (необходимо восемь болтов М16 60 мм).

Примечание: слишком толстый силовой кабель не позволит нормально вращаться вокруг оси мачты обычному ветряку (кабель будет распираться внутри трубы). Однако данные модели ветряков снабжены токосъёмными подшипниками и не закручивают силовой кабель.

5. Соберите хвост и установите го на ветряк. Хвост у данной модели ветряка складывается при буревом ветре и при монтаже. После подъема мачты он автоматически развернётся.

Часть хвостовика, со стороны крепления к ветряку, можно обмотать упругим мягким материалом (для смягчения удара во время складывания) – см. фото

6. Установите все три лопасти в крестовину ветряка и плотно затяните болты. Концы резьбы последних желательно промазать лаком или краской (во избежание самораскрутки).

7. С помощью лебёдки немного приподнимите ветрогенератор и, вставив фиксатор, установите крестовину с лопастями. Затяните крепление крестовины. Если необходимого размера ключа не окажется – используйте струбцину.

8. При условии отсутствия ветра, предварительно замкнув между собой три выходных фазы ветряка (на противоположном конце кабеля, что необходимо для предотвращения раскрутки лопастей в процессе подъёма), можно начинать подъём (технология подъёма см. «Подъём мачты ветрогенератора»).

9. После достижения вертикального положения мачты, тросы с рычага подъёма, через удлинительные вставки, переставляются на заднюю анкерную опору.

10. Выравнивается вертикальность мачты (подтягивая или отпуская соответствующие талрепы). Можно использовать отвес или строительные уровни.
Причём, в итоге, у талрепов должен остаться запас хода как на растяжение (зимой тросы укорачиваются), так и на сжатие. Натяжение тросов должно быть достаточным для удержания мачты без вибраций и его необходимо периодически проверять.

11. Кабеля прокладываются в пластиковых трубах и закапываются.

12. Снимается рычаг и лебёдка. Устанавливаются два недостающих болта крепления нижней трубы мачты к опоре.

13. Проходящие сквозь опору кабеля можно закрыть вставкой из обрезка пластиковой трубы десятисантиметрового диаметра (необходимо распилить обрезок трубы вдоль, охватить им провода, затем покрасить в тот же цвет, что и мачту).

14. В безветренную погоду (обычно вечером) три фазы, идущие от ветрогенератора, подключаются к соответствующему контроллеру заряда (входит в комплект), а затем к аккумуляторам.

Источник: http://www.vetrogenerator.ru/machta_montazh.htm

Инструменты

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

Оглавление:

Принцип работы и конструкция ветрогенератора

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

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

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

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

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

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

Дополнительные компоненты ветроустановки:

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

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

Ветрогенератор используют параллельно с такими источниками электропитания:

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

Преимущества установки ветрогенератора

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

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

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

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

Расчет мощности ветряка

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

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

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

Формула расчета мощности ветроустановки:

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

Разновидности ветроустановок

По размещению турбин к поверхности земли ветрогенераторы разделяют на:

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

Вертикальные ветрогенераторы имеют несколько разновидностей:

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

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

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

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

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

Среди горизонтальных ветрогенераторов выделяют:

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

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

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

В соотношении с шаговым признаком винта выделяют:

  • ветрогенераторы с закрепленным шагом;
  • ветряки измеряемого шага.

В зависимости от сферы использования ветрогенераторы разделяют на:

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

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

Изготовление самодельного ветрогенератора

Инструменты для работы:

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

Рассмотрим инструкцию по изготовлению вертикального генератора своими руками:

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

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

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

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

5. Советы по изготовлению ротора:

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

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

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

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

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

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

Установка ветрогенератора

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

2. Следующий этап – сборка и соединение секций мачты.

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

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

5. Установите датчики направления ветра.

6. Установите и закрепите ветрогенератор.

7. Подключите и запустите устройство.

Источник: http://strport.ru/instrumenty/kak-sdelat-vetrogenerator

5-метровый самодельный ветрогенератор

Схема проводки простая — верхняя часть мачты ветрогенератора изготовлена из 60мм трубы, на ней находится толстая шайба, а в трубе пластиковая втулка. Провода проходят внутри мачты и при повороте ветрогенератора могут немного скручиваться. Внизу мачты установлен разъем.

На картинке выше все собрано и готово к подъему.

На этой фотографии ветряк перед установкой. Мы отбалансировали лопасти. Для балансировки мы опустили самую тяжелую часть на 6 часов. И добавили небольшой груз на противоположных лопастях. И т.д. Для точной балансировки использовали саморезы по дереву.

Высота мачты получилась 18 метров. Т.к. Дело происходило зимой при достаточном количестве снега, то поднять ветрогенератор было не легкой задачей. На колеса своего пикапа я одел цепи противоскольжения, а кузов нагрузил бревнами, чтобы машина не сколькзила. Для того, чтобы случайно не повредить лопасти во время установки я их снял.

На картинке выше установленный генератор на мачте.

Фото ветрогенератора на установленной мачте.

На фото выше работа ветрогенератора в ветренный день.

На этой фото видно сложенный хвост ветряка в сильный ветер. К слову сказать, что данная конструкция без проблем выдерживала ветер до 27 м/с.

Ветрогенератор работает хорошо уже длительное время. Большая проекционная площадь лопастей позволяет данному ветряку крутиться в очень слабый ветер (по анемометру 2 м/с). При скоросте ветра 4.5 м/с ветрогенератор выдает 400 Ватт электроэнергии, при 7 м/с около 1.5 кВатт. Частенько я наблюдал и 2 кВт и пару раз в очень сильный ветер видел мощность и в 3.8 кВатта.
Конструирование данного ветрогенератора заняло у меня 3 недели от начала, до конца.

Источник: http://cxem.net/greentech/greentech11.php

Ветрогенератор: защита от сильного ветра своими руками

Увеличение интереса пользователей к альтернативным источникам электроэнергии вполне объяснимо. Отсутствие возможностей для подключения к централизованным сетям вынуждает использовать другие методы обеспечения жилья или временных пунктов проживания электроэнергией. Доля самодельных устройств постоянно возрастает, так как приобретение промышленного образца — дело весьма затратное и всегда достаточно эффективное.

Для чего нужна защита от сильного ветра?

Работа ветрогенератора рассчитана на определенную силу ветра. Обычно во внимание принимаются средние показатели, типичные для данного региона. Но при усилении ветрового потока до критических значений, что иногда случается в любой местности, возникает риск выхода устройства из строя, а в некоторых случаях — полного разрушения.

Промышленные образцы ветряков оборудованы защитой от подобных перегрузок либо по току (при превышении допустимого значения напряжения срабатывает электромагнитный тормоз), либо по скорости вращения (механический тормоз). Самодельные конструкции также необходимо снабжать подобными приспособлениями.

Рабочие колеса, особенно снабженные массивными большими лопастями, при больших скоростях вращения начинают действовать по принципу гироскопа и сохраняют плоскость вращения. В таких условиях хвост не может выполнять свою работу и ориентировать устройство по оси потока, что приводит к поломкам. Такое возможно даже если скорость ветра не слишком велика. Поэтому приспособление, замедляющее ход рабочего колеса, является необходимым элементом конструкции.

Возможно ли изготовление приспособления своими руками?

Изготовление приспособления вполне возможно. Мало того, это является абсолютной необходимостью. Тормозное устройство должно быть предусмотрено еще на стадии проектирования ветряка. Параметры работы приспособления необходимо как можно тщательнее рассчитать, чтобы его возможности не оказались слишком низкими по сравнению с реальными потребностями конструкции.

Прежде всего надо выбрать способ реализации тормозного устройства. Обычно для таких конструкций используются простые и безотказные механические приспособления, но могут быть созданы и электромагнитные образцы. Выбор зависит от того, какие ветра преобладают в регионе и какова конструкция самого ветряка.

Самый простой вариант — изменение направления оси ротора, производимое вручную. Для этого потребуется лишь установить шарнир, но необходимость выходить при сильном ветре на улицу — не самое лучшее решение. Кроме того, не всегда имеется возможность ручной остановки, так как в этот момент можно находиться далеко от дома.

Принцип действия

Существует несколько механических способов торможения рабочего колеса. Наиболее распространенными вариантами для горизонтальных конструкций ветряка являются:

  • увод ротора от ветра при помощи боковой лопасти (остановка методом складывающегося хвоста);
  • торможение ротора с помощью боковой лопасти.

Вертикальные конструкции обычно тормозятся при помощи грузов, навешанных на внешних точках лопастей. При увеличении скорости вращения они под действием центробежной силы начинают давить на лопасти, вынуждая их складываться или разворачиваться боком к ветру, отчего скорость вращения снижается.

Метод защиты складыванием хвоста

Приспособление, осуществляющее увод от ветра складыванием хвоста, позволяет плавно и достаточно гибко регулировать скорость вращения ротора. Принцип действия такой системы заключается в использовании бокового рычага, установленного в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси вращения. Вращающееся рабочее колесо и рычаг соединены жестко, а хвост прикрепляется через подпружиненное шарнирное соединение, действующее в горизонтальной плоскости.

При номинальных значениях силы ветра боковой рычаг не способен уводить ротор в сторону, так как хвост направляет его по ветру. При усилении ветра давление на боковую лопасть увеличивается и превышает усилие пружины. При этом ось ротора отворачивается от ветра, воздействие на лопасти снижается и ротор замедляется.

Другие способы

Второй способ механического торможения близок по конструкции, но боковая лопасть действует иначе — при усилении ветра начинает через специальные колодки давить на ось ротора, замедляя его вращение. При этом, ротор и хвост устанавливаются на одном валу, а шарнирное соединение с пружиной применено на боковом рычаге.

При нормальных скоростях ветра пружина удерживает рычаг перпендикулярно оси, при усилении он начинает отклоняться в сторону хвоста, прижимая к оси тормозные колодки и тормозя вращение. Такой вариант хорош при небольших размерах лопастей, поскольку усилие, прилагаемое к валу для его остановки, должно быть довольно большим. На практике этот вариант используется только при относительно невысоких скоростях ветра, при шквальных порывах метод малоэффективен.

Помимо механических приспособлений широко используются электромагнитные. При возрастании напряжения начинает срабатывать реле, притягивающее к валу тормозные колодки.

Другим вариантом, который может быть использован для защиты, является размыкание контура при возникновении слишком высокого напряжения.

Схема и чертежи защиты

Для более наглядного представления о принципе действия тормозного приспособления рассмотрим кинематическую схему.

На рисунке видно, что пружина в нормальном состоянии удерживает вращающийся узел и хвост на одной оси. Усилие, создаваемое потоком ветра, преодолевает сопротивление пружины при повышении скорости и понемногу начинает изменять направление оси ротора, давление ветра на лопасти снижается, из-за чего скорость вращения падает.

Эта схема является наиболее распространенной и эффективной. Она проста в исполнении, позволяет создать приспособление из подручных материалов. Кроме того, настройка этого тормоза проста и сводится к подбору пружины или настройке ее усилия.

Порядок расчета

Расчет тормозного устройства довольно сложен. Для него понадобятся различные данные, найти которые непросто. Неподготовленному человеку произвести такой расчет сложно, велика вероятность ошибок.

Тем не менее, если самостоятельный расчет по каким-либо причинам необходим, можно воспользоваться формулой:

P x S x V 2 = (m x g x h) x sinα, где:

  • P — усилие, прилагаемое к винту потоком ветра,
  • S — площадь лопастей винта,
  • V — скорость ветра,
  • m — масса,
  • g — ускорение свободного падения (9,8),
  • h — расстояние от шарнира до точки крепления пружины,
  • sinα — угол наклона хвоста относительно оси вращения.

Следует учитывать, что значения, полученные при самостоятельных расчетах, требуют правильной интерпретации и полного понимания физической сути процесса, происходящего при вращении. В данном случае расчеты не будут достаточно корректными, поскольку не будут учтены тонкие эффекты, сопутствующие функционированию ветряка. Тем не менее, значения, вычисленные таким образом, смогут дать порядок величин, необходимый для изготовления устройства.

Процесс создания ветрогенератора сопровождается массой расходов и требует множества разнообразных действий, что само по себе вынуждает максимально защищать конструкцию от возможности разрушения. Если появляется заранее предвидимая опасность разрушения или выхода из строя комплекса, то пренебрегать созданием и применением защитных устройств не следует ни в коем случае.

Источник: http://energo.house/veter/vetrogenerator-ot-silnogo-vetra.html

Ветрогенератор своими руками

Содержание статьи

Из этой статьи Вы узнаете, как изготовить несложный ветрогенератор своими руками в домашних условиях. Такая ветряная электростанция всегда пригодится в удалённых местах, где нет доступа к бытовой электрической сети, например, на удалённом дачном участке. Конечно, можно использовать бензиновый генератор, но рокот и дым от двигателя внутреннего сгорания вряд ли кому-то придётся по душе, и уж точно это не располагает к отдыху на природе. Кроме того, расходы на бензин будут весьма немаленькими.

Ветряная электростанция сможет заряжать аккумуляторные батареи для автономной работы не сильно мощной бытовой техники и освещения. Впрочем, куда именно тратить полученную энергию, решать Вам.

Производительность:
до 13кВт.
Цена: от 600$.

Производительность: 540кВтЧ/мес.
Цена: от 4500$.

Выходное напряжение 220/380В.
Цена: 5920 грн.

Эта статья рассчитана на любителей в области конструирования ветрогенераторов своими руками, и поэтому в качестве конструкции выбрана максимально простая схема ветряной электростанции. Это будет относительно тихоходный самодельный ветряк (показатель быстроходности Z=3). Такая конструкция является надёжной и безопасной при работе.

Выбор мощности ветряной электростанции

Наверняка многим, кто читает эту статью, не захочется ограничиваться постройкой ветрогенератора для питания холодильника и освещения на даче, а сразу построить такую электростанцию, чтобы запитать ею не только аккумуляторные батареи, но и батареи отопления или бойлер для горячей воды. Но такая мощная электростанция будет чрезвычайно сложна в изготовлении, ведь усложнение конструкции с ростом мощности возрастает даже не в квадрате, а чуть ли не в кубе!

Как пример ветряной электростанции мощностью всего 2 кВт можно привести промышленный ветрогенератор W-HR2 международной компании AVIC (изображен на фото). Этот ветрогенератор номинальной мощностью 2 кВт имеет ротор диаметром 3,2 м с аэродинамически металлическими лопастями, прочную стальную башню высотой 8 м на массивном железобетонном фундаменте. Монтаж узлов производится при помощи автокрана. Очевидно, что расчет и изготовление подобного ветрогенератора сложно даже для отдельных специализированных фирм, и практически нереально силами одного человека непрофессионала для сооружения такого ветряка своими руками.

Таблица 1. Зависимость мощности ветрогенератора от количества лопастей и диаметра ветроколеса при скорости ветра 4 м\с

Диаметр ветроколеса при числе лопастей, м

В табл. 1 показано зависимость мощности ветроколеса крыльчатого типа от его диаметра и количества лопастей. Или другими словами, какой длинны нужно взять лопасти определённого ветроколеса, чтобы получить нужную мощность. Данные в этой таблице основаны на практических испытаниях эксплуатируемых ветрогенераторов, у которых КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) ветроколеса равен 0,35 (профиль среднего качества), КПД генератора имеет значение 0,8 и КПД редуктора — 0,9.

Для кого-то эти данные могут на первый взгляд показаться слишком завышенными. Так, для примера, из табл. 1 видно, что для постройки ветряной электростанции мощностью 500 Вт с тремя лопастями, диаметр ветроколеса должен быть равным 11,48 м. Но не стоит пугаться этой цифры, поскольку данные приведены для слабого ветра 4 м/с. Это обычный ветер для равнинной местности вдали от моря.

При этом с ростом скорости ветра мощность ветряной электростанции увеличивается. На рис. показано такую зависимость для электростанции номинальной мощностью 240 Вт. Из графика видно, что при минимальном ветре 4 м/с (при котором электростанция начинает работать), мощность составляет всего 30 Вт. Но мощность ветроэлектростанции пропорциональна скорости ветра в кубе. То есть при увеличении скорости ветра в два раза до максимальной рабочей скорости 8 м/с, мощность ветряной электростанции увеличивается в 2 3 =8 раз или с 30 Вт до полной мощности 240 Вт. При более высокой скорости ветра работа ветровой станции должна будет ограничиваться.

В целом, основываясь на практическом опыте можно заключить, что относительно несложный самодельный ветрогенератор будет иметь мощность в пределах 200-500 Вт. Это своего рода «золотая середина». Редко индивидуальным конструкторам удаётся собрать более мощный ветрогенератор своими руками, который реально будет работать.

Выбор конструкции ветроколеса

Ветряное колесо — самая важная часть ветрогенератора. Именно оно преобразует энергию ветра в механическую. И от его конструкции зависит выбор всех остальных узлов, например, генератора электрического тока.

Наверняка, всем хорошо знакома форма ветряных колёс старинных ветряных мельниц. Это как раз тот случай исключение, когда всё забытое старое не всегда хорошо. Такие ветроколёса ветряной мельницы имеют очень низкий КИЭВ порядка 0,10-0,15, что намного меньше КИЭВ современных быстроходных крыльчатых колёс, которое достигает 0,46. Всё потому, что низкие познания в аэродинамике старинных мастеров не позволяли им сконструировать более совершенную конструкцию.

На рисунке изображена работа двух типов лопастей: парусной (1) и крыльчатой (2). Для того чтобы сделать парусную лопасть (1), достаточно просто прикрепить листовой материал к оси, расположив под углом к ветру, то есть по аналогии с ветряными мельницами древности. Но при вращении такой лопасти она будет иметь значительное аэродинамическое сопротивление, которое возрастает с увеличением угла атаки. Также на её концах образуются завихрения, и за лопастью возникает зона пониженного давления. Всё это делает парусные лопасти неэффективными ветровыми движителями.

Гораздо более эффективной является лопасть крыльчатого типа (2). При такой форме лопасти, которая похожа на крыло самолёта, потери от трения и разрежения сведены к минимуму. Что касается угла атаки лопасти, то на практике установлено, что наиболее оптимальный угол составляет 10-12º. При более высоком угле атаки прирост мощности в результате более высокого давления ветра на лопасть не покрывается ростом аэродинамических потерь.

Конечно, есть много других интересных типов ветровых двигателей, например, вертикально-осевые роторы Савониуса или роторы Дарье. Но все они имеют более низкие коэффициенты использования энергии ветра при более высокой материалоёмкости (в сравнении с крыльчатыми колёсами). Например, установка с ротором Савониуса диаметром 2 метра и высотой 2 метра при тихом ветре 4 м/с будет иметь полезную мощность 20 Вт. Такую же мощность выработает шестнадцатилопастный крыльчатый винт диаметром всего 1 метр.

Поэтому мы не будем «изобретать велосипед» и сразу за основу возьмём конструкцию, где используются лопасти крыльчатого типа с горизонтальной осью вращения. Именно этот тип ветряного двигателя имеет максимальный КИЭВ при минимальном расходе материалов. Неудивительно, что такая конструкция используется почти в 99% всех действующих промышленных ветровых электростанциях.

Прежде всего, нужно выбрать число лопастей. Наиболее дешевыми являются двух- и трёхлопастные ветроколёса, но они являются быстроходными и обладают следующими недостатками:

— высокие рабочие обороты приводят к возникновении больших центробежных и гироскопических сил. Гироскопические силы нагружают ось генератора, крепления и мачту, а центробежные стремятся разорвать лопасти на части. Так, окружная скорость концов лопастей быстроходных двухлопастных ветроколёс нередко достигает 200 м/с и более. Для сравнения скорость пули, выпущенной из винтовки Бейкера 1808 г., равнялась 150 м/с. Таким образом, осколки разлетающегося сломанного винта могут ранить или даже убить человека. По этой причине никому не рекомендуется изготавливать лопасти высокоскоростных ветроколёс из пластиковой трубы. Для этих целей лучше подходит более прочная на растяжение древесина. Изготовление же лопастей из дерева весьма трудоёмкий процесс.

— известно, что чем быстрее вращаются лопасти, тем больше сила трения о воздух. Поэтому лопасти быстроходных ветроколёс гораздо более требовательны к аэродинамическому качеству изготовления. Даже небольшие погрешности сильно снижают КИЭВ быстроходных лопастей. Крайне нежелательно делать быстроходные лопасти вогнутыми, они должны иметь форму крыла самолёта. Изготовить же лопасти тихоходного винта гораздо проще для любителя. Нужно сильно «постараться», чтобы сделать лопасть для тихоходного винта из разрезанной трубы с КИЭВ хуже 0,3.

— быстроходные ветродвигатели издают сильный шум при вращении, ведь даже аэродинамически высококачественные лопасти при быстром вращении создают значительные зоны сжатий и разряджений воздуха, а кустарно изготовленные лопасти и подавно. Соответственно, чем больше окружная скорость и размеры лопасти, тем больше шум. Поэтому мощный быстроходный ветряк нельзя просто установить на крыше дома или в огороде при плотной застройке, иначе Вы рискуете просыпаться ночью от шума взлетающего вертолёта и испортить отношения с соседями в придачу.

— чем меньше лопастей у ветроколеса, тем больше вибрации. Поэтому ветроколёса с малым числом лопастей (2-3) будет труднее сбалансировать.

Учитывая все эти недостатки быстроходных ветроколёс, для более-менее мощного «ветряка» лучше выбрать число лопастей не менее 5-6.

Теперь основываясь на данных табл. 1, давайте прикинем, какой максимальной длинны лопасти подойдут для изготовления несложной электростанции. Очевидно, шестилопастный винт диаметром 2,5-3 м будет сложен в изготовлении. Представьте себе хотя бы процесс балансировки такого винта и его установку на мачту, которая в свою очередь должна быть довольно прочной, чтобы выдержать вес такого винта и аэродинамические нагрузки. А вот шестилопастный винт диаметром 2 метра или около того будет по силам энтузиасту для изготовления своими руками.

Возможно у кого-то возникнет соблазн, не посчитаться с затратой материалов и ещё больше увеличить количества лопастей для увеличения полезной мощности ветроустановки. Так, при числе лопастей двухметрового винта равным 12 мощность при «свежем» ветре (8 м/с) достигнет почти 500 Вт. Но такое дорогое ветряное колесо получиться слишком тихоходным, а значит, неизбежно потребует применения отдельного редуктора, что сильно усложнит конструкцию ветровой электростанции.

Таким образом, наиболее оптимальной является конструкция винта ветрогенератора диаметром 2 м и количеством лопастей равным 6.

Электрический генератор для ветряной электростанции

При подборе генератора электрического тока для ветроэлектростанции прежде всего нужно определить частоту вращения ветроколеса. Рассчитать частоту вращения ветроколеса W (при нагрузке) можно по формуле:

где V — скорость ветра, м/с; L — длинна окружности, м; D — диаметр ветроколеса; Z — показатель быстроходности ветроколеса (см. табл. 2).

Таблица 2. Показатель быстроходности ветроколеса

Источник: http://ibud.ua/ru/statya/vetrogenerator-svoimi-rukami-100873

Самодельный ветрогенератор и его промышленные аналоги

Теория, практика, действующая модель ветрогенератора и его промышленные аналоги с описанием и ценой.

Тем, кто часто путешествует и останавливается на дневки и ночевки на природе, наверняка приходило в голову, что хорошо было бы иметь источник подзарядки для автомобильного аккумулятора и аккумуляторов других мобильных устройств: ноутбуков, телефонов, gps навигаторов, фонарей и т.д.

Кроме того, имея достаточно мощный источник энергии даже 12 В, можно, используя преобразователь напряжения 12 220, получить полноценную «розетку» 220 В. Это еще более повысит уровень комфорта, к которому так привыкли все горожане и увеличит количество используемых устройств до привычного уровня.

Получить такой уровень комфорта можно с помощью солнечных батарей, ветряных генераторов и гидрогенераторов. При уровне мощности до 1000 Вт, эти устройства могут быть достаточно компактны даже для переноски одним человеком, если говорить об автотранспорте, то вы можете взять с собой и более мощные источники энергии.

С чего начать?

Если вы обладаете навыком работы с простыми инструментами, такими как «болгарка», электродрель, сварочный аппарат, паяльник, шуроповерт, то вам не составит особого труда собрать самодельный ветряк. Но помните, что как и в любом деле, мастерство приходит с опытом. Одно дело собрать действующий макет и совсем другое ветряк, рассчитанный на любой ветер, со стабилизацией напряжения и защитой от перегрузок.

Теперь остановимся подробнее на том, как собрать простейший ветряк и что для этого нужно. Следует сказать, что существуют ветряки горизонтального и вертикального типа, т.е. с плоскостью вращения ротора в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Наибольшее распространение исторически получили ветряки, с вертикально расположенными роторами (ветряные мельницы). Это несколько странно, если вспомнить, что у горизонтальных есть несколько явных преимуществ. Например, они всеракурсные, т.е. ветер с любой стороны будет вращать их ротор. Им нужен только один подшипник.

У «вертикальных» ветряков необходимо такое же поворотное устройство, хвост для отслеживания ветра и поворота по ветру. Кроме того, им нужен дополнительный подшипник для вращения рабочего ротора и еще шарнир, для защиты от слишком сильного ветра.

Сердце ветряка.

В начале, при строительстве ветряка, необходимо определиться с электрическим генератором. Это сердце вашего устройства. Первое, что приходит на ум, это автомобильный генератор. Но надо учесть некоторые нюансы.

Во-первых, автомобильные генераторы требуют напряжения возбуждения, т.е. требуется дополнительный провод для подключения и дополнительный аккумулятор для запуска, что не очень удобно.

Во-вторых, автомобильные генераторы требуют высокой скорости вращения для эффективной работы ( более 1000 оборотов в минуту), что усложняет привод.

В-третьих, они достаточно тяжелы, что усложняет конструкцию мачты.

Исходя из вышесказанного, в качестве рабочего генератора, обычно выбирают двигатели постоянного тока. Если покрутить такой двигатель за рабочий вал, то на его клеммах появится напряжение.

Хорошо зарекомендовали себя электродвигатели от древних ЭВМ середины прошлого века. В этих устройствах они вращали приводы дисководов и ленточных накопителей. Такие двигатели можно найти на радиорынке «Митино» в Москве, или на другой барахолке.

Действующая модель.

Конкретно примененный двигатель имел следующие параметры: U=48 В, I=15A, N=1200 об/мин. Ротор ветряка вращается с частотой примерно 500 об/мин, причем с ростом частоты увеличивается не напряжение, а рабочий ток.

Для оптимизации работы устройства, рабочий ротор не насажен на вал двигателя, а применен редуктор. Редуктор может быть как цепной, так и ременный. Цепной гораздо надежнее, а ременный проще в изготовлении.

Применен цепной. В качестве привода можно использовать «механику» от старого велосипеда и трубы от его рамы. На роторе стоит звездочка Z=48, на генераторе Z=10, соединение осуществляется велосипедной цепь.

Генератор крепится при помощи болтов, но можно использовать отрезок пластиковой трубы, предварительно вставив в нее генератор и закрепив его при помощи автомобильных резьбовых хомутов. Места крепления болтов и хомутов лучше залить резиновым клеем «Момент».

Нюансы изготовления ротора.

Стоит очень ответственно подойти к изготовлению ротора. От его качества очень сильно зависит КПД генератора. Ротор после изготовления нужно тщательно отбалансировать. От этого зависит срок службы всего устройства.

Лопасти изготавливаются из 2 мм алюминия или из пластиковых труб, диаметром 60-80 мм. Из труб делать легче, т.к. этот материал более мягкий и ему легче придать нужный профиль. Возможно, вам придется экспериментально менять размеры лопастей.

Большие и широкие лопасти работают при очень слабом ветре, но не развивают больших оборотов из-за большого аэродинамического сопротивления. Маленькие крутятся быстро, но при достаточно сильном ветре.

Мой ветряк имеет ротор диаметром 2.5 метра, при слабом ветре (5-8м/с) используется 6 лопастей. При сильном ветре четыре лопасти снимаются, даже с двумя лопастями ветряк дает 4-6 А при напряжении 14 В.

Можно уменьшить размер ротора до 1.6 и использовать постоянно 2-3 лопасти. Если вы намерены менять число лопастей в зависимости от силы ветра, то мачту нужно сделать с шарниром при основании, чтобы ее можно было опускать не складывая.

Как сделать мачту?

Мачта делается из нескольких секций длиной 2-2.5 метра из стальной трубы ¾ дюйма или из алюминиевой трубы, но большего диаметра. Обычно применяется 3-4 секции, так их легче монтировать и перевозить. Чтобы ваша мачта не упала, нужно использовать «пятку» в виде металлического прямоугольника 30х30 см и систему из трех растяжек с металлическими колышками. Можно использовать готовую мачту, например которая применяется для антенн СВ диапазона. Продаются и очень удобные профессиональные телескопические мачты.

Защита от сильного ветра.

Несколько слов о защите от перегрузок при очень сильном ветре. Простейший вариант-это дополнительный шарнир на мачте. С помощью этого шарнира ветряк может самостоятельно опрокидываться, «задирая» ротор в небо, при очень сильном ветре, или вы можете сами опрокинуть его с помощью веревки, привязанной к «хвосту» ветряка. Кстати, хвост делается из трубы или уголка с прикрепленной на конце вертикальной лопастью, размерами примерно 50х50 см. Общая длина хвоста примерно 1.8 м.

Пульт управления.

Пульт контроля и зарядки аккумуляторов содержит в простейшем варианте вольтметр на 30 В; амперметр на 30 А; диодный мост на 30 А 100 В; балластный проволочный резистор с движком (реостат) на 50 Вт, сопротивлением 5-10 Ом. Резистор дорабатывается путем удаления нескольких последних витков.

После доработки, если переместить движок резистора в крайнее положение, его цепь будет разомкнута. Это его рабочее состояние. Резистор включают параллельно генератору до диодного моста, но после амперметра. Он используется для аварийной остановки генератора (снижения числа оборотов ротора).

Электрические способы защиты и управления.

Резистор должен выдерживать ток 20-30 А в течении 30 сек. Если аккумулятор уже полностью зарядился и не нужно включать дополнительные нагрузки, то в течении нескольких секунд закорачиваем с помощью резистора генератор. Ток при этом в 2-3 раза становится меньше рабочего.

После остановки «опрокидываем» генератор или привязываем одну из лопастей к мачте. Никогда не останавливайте лопасти генератора руками или с помощью посторонних предметов, т.к. это всегда приводит к травмам и поломкам оборудования.

Не стоит ограничивать ток зарядки аккумулятора с помощью резистора, т.к. это скорее всего приведет к его выходу из строя. Для ограничения тока используйте дополнительные нагрузки, обычно это лампы накаливания. Для соединения генератора и системы управления используется обычный кабель без скользящих колец. Сечение кабеля 2х2.5 квадратных миллиметра. Лучший материал, это резина или силикон.

Преобразователь напряжения 12-220 В.

В качестве инвертора 12-220 В обычно используют покупные устройства, но они достаточно дороги ( от 1500 до 10000 руб.). Для таких целей можно использовать списанные офисные «бесперебойники» UPS 1000-UPS 5000. После годичной эксплуатации их аккумуляторы уже не «держат» нагрузки. Такие устройства списывают и выбрасывают на помойку. Подключив автомобильный аккумулятор к UPS, вы получите прекрасный инвертор бесплатно.

Чем порадует рынок готовой продукции?

Теперь посмотрим, что можно купить на нашем рынке из готового оборудования и сравним цены. Посмотрим, «Стоит ли овчинка выделки»? Напимер, ветрогенераторы «WIND TURBINE » без учета стоимости мачты, преобразователя и устройства управления: 500 Вт 28500 руб., 2 кВт 59900 руб., 3 кВт 119000 руб., 5 кВт 179000 руб. Сайт http://www.vetrogenerator.ru.

Интересны генераторы серии ВЭУ ,http://www.kombitel.ru/?id=430&page=veu-1/3. Здесь цены несколько ниже, например генератор 1 кВт без систем управления, мачты и т.д. стоит 19000 руб.

Не менее дорогие ветрогенераторы из Китая, например JFWC-1KW стоит 2500$. Еще с ветрогенераторами можно ознакомиться на сайтах: www.kz.all-biz.info, www.svs-solar.ru, www.volgaveter.ru, http://vetrogenerator.invertory.ru/ и т.д.

Выводы

Выбор, конечно, всегда за вами. Но если у вас еще нет хобби, то смастерив самодельный ветрогенератор, вы сэкономите не менее 500 долларов, познакомитесь со всеми соседями по даче, привлечете повышенное внимание к своей персоне, обретете новых друзей и знакомых и ,возможно, начнете жить по новому. Удачи, лучше делать хоть что-то, чем не делать ничего.

Источник: http://electrik.info/main/master/351-samodelnyy-vetrogenerator-i-ego-promyshlennye-analogi.html

Хвост ветрогенератора

Большой ветрогенератор своими руками

Устройство данного ветрогенератора, принципиально ничем не отличается от других аналогов. В статье описан весь процесс изготовления от начала до конца.

На фото ниже отображены все металлические детали (кроме хвоста) используемые в ветряке. Используемые автозапчасти не Б/У.

Начнем с хаба (ступица) и вала. Диаметр каждого ротора 400 мм., выполнены они из 12 мм., стали. Данные роторы были вырезаны на ЧПУ-станке гидроабразивной резки. Вырезаны они качественно и с отверстиями, заплачено за это было около 70 долларов. Механизм поворота ветряка сделан из трехдюймовой трубы длинной 400 мм. Вал для ступицы закрепляем внутри трубы диаметром 100 мм., через 2 стальных кольца. Кронштейн для хвоста из 12 мм., стали и высотой 150 мм., установлен под углом 18°.

На фото – готовый каркас. Если бы я делал его снова, то возможно изменил бы кое-что. А именно:

  • некоторые части изготовил бы немного толще,
  • кронштейн для хвоста сделал бы более массивным, а также увеличил бы диаметр механизма поворота,
  • увеличил ось и хаб.

Хотя, мой самодельный домашний ветрогенератор и так хорошо исполняет свою работу.

Статор будет диаметром 500 мм. Я сделал шаблон диаметром 500 мм., проделал шесть отверстий по краям и одно по центру для вала. Установил этот шаблон на вал и с помощью болтов прикрепил к нему кронштейны и приварил их. Таким образом, кронштейны расположены точно и при сварке они не шевелились.

А это шаблон для размещения магнитов на роторе. Как можно заметить будет использоваться 16 магнитов. Сами магниты размером 40x75x20 мм., мощные и опасные.

А это шаблон приблизительного расположения катушек. В дальнейшем он послужит основанием статора.

Прикрепляем магниты к ротору с помощью супер-клея. В дальнейшем, пространство вокруг магнитов нужно будет залить эпоксидной или полиэфирной смолой.

Делаем из фанеры намоточный станок. Форма сердечника – как на фото. Диаметр кругов 150 мм. Толщина статора будет 15 мм., поэтому изготавливаемые катушки должны быть, немного тоньше.

Чтобы подобрать оптимальные размеры для катушек, была намотана тестовая, содержащая 79 витков проводом 2.5 мм. Она будет установлена между роторами и по ней можно будет определить нужное количество витков при расчетной скорости вращения. Это 5 – метровый ветрогенератор и значит, скорость вращения будет 70–80 оборотов в минуту.

Вырезаем форму и прикрепляем к ней катушку. Саму форму прикрепляем к кронштейнам.

Теперь необходимо измерить параметры катушки. Для измерения количества оборотов использовали оптический тахометр, а для замера эл. показателей мультиметр. При 70 оборотах в минуту, катушка дала напряжение 2.4 В.

Уточнение. Расположение магнитов получилось слишком близким друг к другу. Ближе к центру, расстояние между магнитами составляло менее 10 мм. Это приносит потери в катушку, т.к. мы имеем два противоположных полюса.

Было решено оставить все на своих местах, но стоит отметить, можно использовать магниты меньшего размера это и вес ротора уменьшит.

Задняя часть ветряка с тестовой катушкой. Как Вы можете заметить, использовалось еще балластное сопротивление, с помощью которого можно измерить мощность ветряка.

Просверливаем отверстия для соединения роторов. Сила притяжения очень сильная, поэтому нужно быть предельно аккуратным. Устанавливаем фронтальную часть.

С фронтальной частью катушка выдавала 5.4 В, при 70 оборотах в минуту. Я считаю что минимальная скорость вращения будет около 100 оборотов, поэтому катушки буду мотать более толстым проводом и с меньшим количеством витков.

Была намотана новая катушка и протестирована под нагрузкой резистора с сопротивлением 1 Ом. При

100 оборотах катушка выдавала 6 В и ток 6 А (36 Вт). Я не совсем уверен в своих расчетах, но мне кажется, что при использовании 12 катушек, соединенных звездой, они дадут около 400 Вт, при 100 оборотах в минуту.

На эту работу ушло два дня.

Длина хвоста ветряка 2.5 м. Из толстостенной трубы диаметром 45 мм., сделана шарнирная ось хвоста. Ответная часть шарнира (по которой скользит хвост) изготовлена из трубы (диаметр 50 мм) с прорезью.

Расправленная хвостовая часть домашнего ветрогенератора.

Сложив хвост, мы измерили расстояние между механизмом поворота ветряка и хвостом, для того, чтобы изготовить стальной «бампер». Его мы приварили к хвосту. Данный «бампер» защитит лопасти ветряка в тот момент, когда хвост будет сложен (при сильном ветре). На этом все работы с металлом заканчиваются.

Пульверизатором красим каркас, роторы и хвост акриловой краской (предварительно покрыв грунтовкой).

Это форма для сборки статора (диметр 500 мм., толщина 15 мм., диаметр круга в центре статора 180 мм.). Изготовлена она, для правильного расположения катушек. Как можете заметить в центре расположен болт, он предназначен для притягивания крышки (когда будем заливать смолой). По краям вокруг формы будем использовать четыре ступицы.

Статор состоит из 12 катушек. Каждая катушка весит 550 г., содержит 68 витков, намотана из двух медных проводов сечением 1.65 мм 2 ., однако можно было намотать и одним проводом сечением 3.3 мм 2 . При 75 оборотах в минуту, катушки выдают 48 В. На 4 магнита приходится 3 катушки, это дает нам простую схему соединения, для получения трех фаз от генератора ветряка.

Данный генератор содержит 7.2 кг., меди и 11 кг., магнитов. Обошлось все это в 700 долларов.

Каждая фаза состоит из четырех последовательно соединенных катушек. Подрезаем выводы катушек и счищаем газовой горелкой лак с концов.

Припаиваем последовательно выводы катушек. Изолируем места пайки термоусадочной трубкой.

По окончанию паяльных работ, располагаем на шаблоне все катушки и закрепляем их скотчем.

Далее из стеклоткани вырезаем небольшие кусочки и приклеиваем их супер-клеем на катушки. Данная операция сделает статор не залитый смолой прочным и его можно будет вытащить из формы.

Удаляем весь скотч и соединяем обмотки генератора соединением «звезда».

Натираем форму воском (например, автомобильным). Промазываем полиэфирной смолой боковые части и низ формы. Укладываем слой стеклоткани (это сделает статор прочным) и заливаем этот слой полиэфирной смолой. Далее укладываем в форму скрепленные катушки. Смешиваем смолу с тальком и заливаем катушки. Поверх укладываем слой стеклоткани и промазываем смолой. Накрываем форму крышкой и стягиваем струбцинами. Оставляем на ночь, до полного отвердевания смолы.

Роторы заливать попроще. Из фанеры вырезаем внутреннюю часть диаметром 200 мм., и плотно прижимаем к металлическому основанию (чтобы нигде не подтекало). Снаружи обматываем лентой. Заливаем, как и статор: полиэфирную смолу смешиваем с тальком.

После того как смола окончательно затвердела. Просверливаем в статоре шесть отверстий диаметром 12 мм., в дальнейшем с помощью этих отверстий статор прикрепим к 6 кронштейнам. При разметке отверстий обратите внимание на то, чтобы отверстия располагались между катушками.

Просверливаем еще три отверстия (9 мм.) для латунных ботов, они послужат контактами подключения. Позаботьтесь о том, что бы все металлические части возле ротора были из нержавеющей стали, иначе магниты будут притягивать к себе болты и затруднять старт ветрогенератора в слабый ветер.

Итак, далее к хабу (фланцу) прикручиваем заднюю часть ротора. Будьте предельно осторожны, магнитное поле у ротора очень сильное.

Монтируем на каркас ветрогенератора хаб. Позже мы сможем отцентрировать ось и вставить шплинт в гайку, которая прикручивает ось.

Устанавливая статор, позаботьтесь о том, чтобы расстояние между ним и ротором было 2 мм.

На фото снизу, видна посаженная передняя часть ротора, который притянут тремя болтами. Роторы должны быть выровнены относительно друг друга в магнитном поле (южный полюс переднего ротора, находится напротив северного полюса заднего ротора).

Теперь займемся лопастями для ветряка.

Изготовлением лопастей занимался мой сосед Скотт (владелец мастерской по дереву).

Характеристики:

  • ширина у основания 350 мм.
  • ширина у концов 150 мм.
  • уклон на концах 3 градуса в середине 6.
  • длина 2 м.
  • фронтальная часть плоская.

Длина лопастей 2 м., дает диаметр ветряка 5 м.

Концы лопастей. Толщина у основания 50 мм., середина 40 мм., конец 20 мм.

Эти лопасти будут установлены между двумя хабами из фанеры, толщиной 20 мм. Диаметр хабов 660 мм.

Перед установкой лопастей, красим их и покрываем льняным маслом, это убережет их от различных вредных воздействий. Далее прикрепляем лопасти к хабам. Каждая лопасть крепится тремя болтами.

На фото мы измеряем расстояние между лопастями ветряка, для правильного их расположения. После того как все лопасти установлены, дополнительно стягиваем их с хабом шурупами. По 15 шурупов с каждой стороны.

К сожалению, сделать фотографии изготовления хвоста ветрогенератора я забыл. Он изготовлен из прочной фанеры толщиной 60 мм. Хвост у ветряка стреловидной формы диной 130 мм. и шириной 60 мм. Покрашен и покрыт льняным маслом. Прикреплен четырьмя болтами к хвостовой балке.

Итак, ветряк готов, осталось только установить его. Что касается схемы проводки, она реализована самым простым способом. Верхняя часть мачты ветрогенератора изготовлена из металлической трубы диаметром 60 мм. На трубе находится толстая шайба, а внутри трубы втулка из пластика. Провода проведены внутри мачты. При повороте ветряка, провода будут немного скручиваться, но это не страшно. Внизу мачты, прикреплен разъем для подключения кабеля.

Перед тем как начать подъем установки, мы отбалансировали лопасти ветряка. Проводили это следующим образом: опустили самый тяжелый элемент на шесть часов, на противоположные лопасти добавили груз (грузом служили саморезы, они позволяют наиболее точно провести работу). Проделывали это с каждой лопастью.

Мачта получилась достаточно высокой – 18 метров. Как Вы можете заметить, дело проходило зимой. Чтобы мой пикап не скользил по снегу, на колеса я прикрепил противоскользящие цепи, а в кузов уложил несколько бревен.

Самодельный ветряк полностью готов к установке.

Перед подъемом, было решено снять лопасти, чтобы случайно их не повредить.

Установленная мачта с генератором.

Полностью готовый к работе ветряк.

В ветряный день.

При сильном ветре, хвост складываю. К слову, при 27 м/с, конструкция прекрасно справляется с нагрузкой.

Самодельный ветрогенератор, работает на отлично, вот уже не протяжении долгого времени. Благодаря большим лопастям, ветряк крутится и при слабых ветрах (2 м/с). А при скорости 4.5 м/с, генератор вырабатывает 400 Ватт, при 7 м/с порядка 1.5 кВатт. Довольно часто можно наблюдать выдачу в 2 кВатта, ну а рекорд был около 3.8 кВатт.

Чтобы сконструировать ветрогенератор своими руками (от начала и до конца), мне понадобилось 3 недели.

© “Энциклопедия Технологий и Методик” Патлах В.В. 1993-2007 гг.

Источник: http://patlah.ru/etm/etm-07/dom%20elektro/b_vetrogenerator/b_vetrogenerator.htm

Сборка самодельного ветрогенератора: варианты конструкции от пользователей FORUMHOUSE

Как собрать ветрогенератор своими руками: практические советы и реальные примеры самодельных ВЭУ.

О том, как самостоятельно выполнить расчет ветрогенератора, мы рассказывали в одном из прошлых материалов. Сегодня вашему вниманию будут представлены модели ВЭУ, построенные пользователями нашего портала. Также мы поделимся полезными советами, которые помогут собрать установку и не допустить при этом ошибок. Строительство ветрогенератора своими руками – задача сложная. Безошибочно справиться с ее решением может далеко не каждый (даже опытный) практик. Впрочем, любая вовремя обнаруженная ошибка может быть исправлена. На то мастеру – голова и руки.

В статье рассмотрены вопросы:

  • Из каких материалов и по каким чертежам можно изготовить лопасти ветрогенератора.
  • Порядок сборки аксиального генератора.
  • Стоит ли переделывать автомобильный генератор под ВЭУ и как это правильно сделать.
  • Как защитить ветрогенератор от бури.
  • На какой высоте устанавливать ветрогенератор.

Изготовление лопастей

Если у вас еще нет опыта в самостоятельном изготовлении винтов для домашней ВЭУ, рекомендуем не искать сложных решений, а воспользоваться простым методом, доказавшим свою эффективность на практике. Заключается он в изготовлении лопастей из обыкновенной канализационной ПВХ трубы. Этот метод прост, доступен и дешев.

Теперь о лопастях: сделал из 160-й рыжей канализационной трубы со вспененным внутренним слоем. Делал по расчету, представленному на фото.

Чаще всего в домашней ветроэнергетике используются трубы диаметром от 160 до 200 мм. С них и следует начинать свои эксперименты.

Форма и конфигурация лопастей – это параметры, которые зависят от диаметра трубы, из которой они изготовлены, от диаметра ветроколеса, от быстроходности рабочего винта и других расчетных характеристик. Чтобы не забивать себе голову аэродинамическими расчетами, вы можете воспользоваться готовой таблицей, которую выложил в соответствующей теме нашего портала ее автор. Она позволит определить геометрию лопастей, подставляя в расчетную таблицу свои собственные значения (диаметр трубы, быстроходность винта и т. д.).

Приноровился пилить электролобзиком. Получается реально быстро и качественно. Примечание: обязательно ставьте большой свободный ход пилки на лобзик, чтобы пилку не закусывало и не ломало.

Конструкция аксиального генератора

Делая выбор между трехфазным или однофазным генератором, лучше остановить свой выбор на первом варианте. Трехфазный источник тока менее подвержен вибрациям, возникающим из-за неравномерности нагрузки, и позволяет получать постоянную мощность при одинаковых оборотах ротора.

Однофазные генераторы мотать не стоит: испытано и давно проверено на практике. Только на трех фазах можно получить достойные генераторы.

Расчетные параметры генератора, о которых мы рассказывали в нашем предыдущем материале, определяются текущими потребностями в электроэнергии. И чтобы на практике они соответствовали объему вырабатываемой мощности, конструкция аксиального генератора должна отвечать определенным требованиям:

  1. Толщина всех дисков (ротора и статора) должна равняться толщине магнитов.
  2. Оптимальное соотношение катушек и магнитов – 3:4 (на каждые 3 катушки – 4 магнита). На 9 катушек – 12 магнитов (по 6 на каждый диск ротора), на 12 катушек – 16 магнитов и так далее.
  3. Оптимальное расстояние между двумя соседними магнитами, расположенными на одном диске, равно ширине этих магнитов.

Увеличение расстояния между двумя соседними магнитами приведет к неравномерной выработке электроэнергии. Уменьшить это расстояние можно, но лучше, все же, соблюдать оптимальные параметры.

Ошибочно делать расстояние между магнитами равным половине ширины магнита. Один человек оказался прав, когда говорил, что расстояние должно быть не меньше ширины магнита.

Если не вникать в скучную теорию, то схема перекрытия катушек аксиального генератора постоянными магнитами на практике должна выглядеть следующим образом.

В каждый момент времени одинаковые полюса магнитов аналогичным образом перекрывают обмотки катушек отдельно взятой фазы.

Вот так в реале: всё совпадает с рисунком почти на 100%, только катушки совсем немного отличаются по форме.

Последовательность сборки аксиального генератора рассмотрим на примере устройства, собранного пользователем Aleksei2011.

На этот раз я делаю дисковый аксиальный генератор. Диаметр дисков – 220 мм, магниты – 50*30*10 мм. Всего – 16 магнитов (по 8 штук на дисках). Катушки мотал проводом Ø1.06 мм по 75 витков. Катушек – 12 штук.

Изготовление статора

Как видно на фото, катушки имеют форму, похожую на вытянутую каплю воды. Это делается для того, чтобы направление движения магнитов было перпендикулярным длинным боковым участкам катушки (именно здесь индуцируется максимальная ЭДС).

Если используются круглые магниты, внутренний диаметр катушки должен примерно соответствовать диаметру магнита. Если же используются квадратные магниты, конфигурация витков катушки должна быть построена таким образом, чтобы магниты перекрывали прямые отрезки витков. Установка более длинных магнитов особого смысла не имеет, ведь максимальные значения ЭДС возникают лишь на тех участках проводника, которые расположены перпендикулярно направлению движения магнитного поля.

Изготовление статора начинается с намотки катушек. Катушки проще всего мотать по заранее заготовленному шаблону. Шаблоны бывают самыми разными: от небольших ручных приспособлений до миниатюрных самодельных станков.

Катушки каждой отдельно взятой фазы соединяются между собой последовательно: конец первой катушки соединяется с началом четвертой, конец четвертой – с началом седьмой и т. д.

Напомним, что при соединении фаз по схеме «звезда» концы обмоток (фаз) устройства соединяются в один общий узел, который будет являться нейтралью генератора. При этом три свободных провода (начало каждой фазы) подключаются к трехфазному диодному мосту.

Когда все катушки будут собраны в единую схему, можно готовить форму под заливку статора. После этого погружаем в форму всю электрическую часть и заливаем эпоксидной смолой.

Далее выкладываю фото готового статора. Заливал обычной эпоксидной смолой. Снизу и сверху стеклоткань положил. Внешний диаметр статора – 280 мм, внутреннее отверстие – 70 мм.

Изготовление ротора для аксиальника

Чаще всего самодельные аксиальные генераторы делают на основе автомобильной ступицы и совместимых с ней тормозных дисков (можно использовать самодельные металлические диски, как это сделал Aleksei2011). Схема будет следующей.

В этом случае диаметр статора больше, чем диаметр ротора. Это позволяет прикрепить статор к раме ветрогенератора с помощью металлических шпилек.

Шпильки для крепления статора М6 стоят (в количестве 3-х штук). Это исключительно для теста генератора. Впоследствии их будет 6 штук (М8). Я думаю, что для генератора такой мощности этого будет вполне достаточно.

В некоторых случаях диск статора крепится к неподвижной оси генератора. Подобный подход позволяет сделать конструкцию генератора менее габаритной, но принципы работы устройства от этого не меняются.

Противоположные магниты должны быть направлены друг к другу разноименными полюсами: если на первом диске магнит обращен к статору генератора своим южным полюсом «S», то противоположный ему магнит, расположенный на втором диске, должен быть обращен к статору полюсом «N». При этом магниты, расположенные рядом на одном диске, также должны быть сориентированы разнонаправлено.

Сила магнитного поля, которое создают неодимовые магниты, довольно велика. Поэтому регулировать расстояние между дисками статора и ротором генератора следует, используя шпилечно-резьбовое соединение.

Это вариант конструкции, в которой диаметр ротора больше диаметра статора. Статор в этом случае крепится к неподвижной оси устройства.

Также для регулировки расстояния между дисками можно использовать распорные втулки (или шайбы), которые устанавливаются на неподвижную ось генератора.

Расстояние между магнитами и статором должно быть минимальным (1…2 мм). Клеить магниты на диски генератора можно обыкновенным суперклеем. Правильнее всего осуществлять наклейку магнитов, используя заранее заготовленный шаблон (например, из фанеры).

Вот, что показали предварительные испытания генератора, выполненные пользователем Aleksei2011 с помощью шуруповерта: при 310 об/м с устройства было снято 42 вольта (соединение – звездой). С одной фазы получается 22 вольта. Расчетное сопротивление одной фазы – 0.95 Ом. После подключения АКБ шуруповёрт смог раскрутить генератор до 170 об/м, ток зарядки при этом составил 3.1А.

После длительных экспериментов, которые были связаны с модернизацией рабочего винта и другими менее масштабными усовершенствованиями, генератор продемонстрировал свои максимальные характеристики.

Наконец, к нам пришёл ветер, и я зафиксировал максимальную мощность ветряка: ветер усилился, а порывы временами достигали 12 – 14м/с. Максимальная зафиксированная мощность – 476 Ватт. При ветре 10м/с ветряк выдаёт примерно 300 Ватт.

Ветроэнергетическая установка из автомобильного генератора

Популярным решением среди людей, практикующих изготовление ВЭУ своими руками, является переделка автомобильного генератора под альтернативные нужды. Несмотря на всю привлекательность подобной затеи, следует отметить, что автомобильный генератор в том виде, в котором он устанавливается на двигатель транспортного средства, довольно проблематично использовать в составе ветроэнергетической установки. Разберемся – почему:

  1. Во-первых, обмотка катушек стандартного автомобильного генератора состоит всего из 5…7 витков. Следовательно, чтобы такой генератор начал давать зарядку АКБ, его ротор необходимо раскрутить примерно до 1200 об/мин.
  2. Во-вторых, магнитная индукция в стандартном автомобильном генераторе возникает благодаря катушке возбуждения, которая встроена в ротор устройства. Чтобы такой генератор смог работать без подключения к дополнительному источнику питания, его необходимо оснастить постоянными магнитами (желательно – неодимовыми) и внести определенные коррективы в обмотку статора.

Переделанный автогенератор (на магниты) имеет право на жизнь. У меня сейчас два таких. На ветре 8 м/с с двухметровыми винтами дают честные 300 Ватт каждый.

Переделка автомобильного генератора под ВЭУ требует определенной сноровки. Поэтому приступать к ней желательно, имея за плечами опыт перемотки асинхронных двигателей или генераторов со стандартным цилиндрическим статором (и те, и другие при желании можно превратить в альтернативную энергетическую установку). Переделка автомобильного генератора имеет свои нюансы. Понять их будет намного проще, если обратиться к опыту пользователей, которые успели достичь в этой сфере определенных успехов.

Защита кабеля от перекручивания

Как известно, ветер не имеет постоянного направления. И если ваш ветрогенератор будет вращаться вокруг своей оси подобно флюгеру, то без дополнительных мер защиты кабель, идущий от ветрогенератора к другим элементам системы, быстро перекрутится и в течение нескольких дней придет в негодность. Предлагаем вашему вниманию несколько способов защиты от подобных неприятностей.

Способ первый: разъемное соединение

Наиболее простой, но совершенно непрактичный способ защиты заключается в установке разъемного кабельного соединения. Разъем позволяет распутать скрутившийся кабель вручную, отключив ветрогенератор от системы.

Я знаю, что некоторые внизу ставят что-то типа штепселя с розеткой. Закрутило кабель – отключил от розетки. Затем – раскрутил и воткнул вилку обратно. И мачту опускать не надо, и токосъёмники не нужны. Я это на форуме по самодельным ветрякам прочитал. Судя по словам автора, все работает и не перекручивает кабель слишком уж часто.

Способ второй: использование жесткого кабеля

Некоторые пользователи советуют подключать к генератору толстые, упругие и жесткие кабели (например, сварочные). Метод, на первый взгляд, ненадежный, но имеет право на жизнь.

Нашел на одном сайте: наш способ защиты заключается в использовании сварочного кабеля с жестким резиновым покрытием. Проблема скрученных проводов в конструкции малых ветровых турбин сильно переоценена, а сварочный кабель #4. #6 имеет особые качества: жесткая резина не дает кабелю скручиваться и препятствует повороту ветряка в одном и том же направлении.

Способ третий: установка токосъемных колец

На наш взгляд, полностью защитить кабель от перекручивания поможет только установка специальных токосъемных колец. Именно такой способ защиты реализовал в конструкции своего ветрогенератора пользователь Михаил 26.

Защита ветрогенератора от бури

Речь идет о защите устройства от ураганов и сильных порывов ветра. На практике она реализуется двумя способами:

  1. Ограничением оборотов ветроколеса с помощью электромагнитного тормоза.
  2. Уводом плоскости вращения винта от прямого воздействия ветрового потока.

Первый способ основан на подключении балластной электрической нагрузки к ветрогенератору. О нем мы уже рассказывали в одной из предыдущих статей.

Второй способ предполагает установку складывающегося хвоста, позволяющего при номинальной силе ветра направлять винт навстречу ветровому потоку, а во время бури, наоборот – уводить винт из-под ветра.

Защита складыванием хвоста происходит по следующей схеме.

  1. В безветренную погоду хвост расположен немного под наклоном (вниз и в сторону).
  2. При номинальной скорости ветра хвост выпрямляется, а винт становится параллельно воздушному потоку.
  3. Когда скорость ветра превышает номинальные значения (например, 10 м/с), давление ветра на винт становится больше, чем сила, создаваемая весом хвоста. В этот момент хвост начинает складываться, а винт уходит из-под ветра.
  4. Когда скорость ветра достигает критических значений, плоскость вращения винта становится перпендикулярно потоку ветра.

Когда ветер ослабевает, хвост под собственной тяжестью возвращается в исходное положение и поворачивает винт навстречу ветру. Для того чтобы хвост смог вернуться в исходное положение без дополнительных пружин, используется поворотный механизм с наклонным шкворнем (шарниром), который устанавливается на оси поворота хвоста.

Ось поворота хвоста установлена под наклоном: на 20° относительно вертикальной оси и на 45° относительно оси горизонтальной.

Для того чтобы механизм мог выполнять свою основную функцию, ось мачты должна находиться на определенном расстоянии от оси вращения турбины (оптимально – 10 см).

Рассчитать размеры хвоста и их зависимость от других параметров ВЭУ вам поможет таблица Excel с уже готовыми формулами. В ней желтым цветом обозначена область переменных значений.

Вашему вниманию представлен наиболее распространенный вариант механической защиты ветрогенератора. В том или ином виде он успешно используется на практике пользователями нашего портала.

При шторме тормозить винт надо его уводом из-под ветра. У меня, к примеру, при слишком сильном ветре ветряк опрокидывается винтом вверх. Не самый лучший вариант, ведь возврат в рабочее положение сопровождается заметным ударом. Но за десять лет ветряк не сломался.

Несколько слов о правильной установке ветрогенератора

Выбирая место и высоту мачты, которые бы оптимально подошли для установки ветрогенератора, следует ориентироваться на самые разные факторы: рекомендуемая высота, наличие препятствий вблизи ВЭУ, а также собственные наблюдения и замеры.

Для того чтобы рассчитать оптимальную высоту мачты для домашней ВЭУ, необходимо к высоте ближайшего препятствия (дерева, здания и т. д.), которое находится в радиусе 100 метров от мачты ветряка, прибавить еще 10 метров. Таким образом вы получите высоту нижней точки ветроколеса.

В США, например, минимально рекомендованная высота мачты для ВЭУ мощностью несколько кВт – 15 м, но чем выше, тем лучше. Нижняя часть ветроколеса должна быть, как минимум, на 10 м выше ближайшего самого высокого препятствия. Конечно, предварительно необходимо обследовать местность и выбрать оптимальную высоту мачты. На глаз это может сделать только очень опытный специалист. Во всех других случаях нужно проводить тщательные замеры в течение года (как минимум).

В процессе установки самодельных ветрогенераторов теория очень часто расходится с практикой, поэтому, в среднем, самодельные мачты имеют высоту от 6 до 12 метров. Основное преимущество самодельных вышек (мачт) заключается в том, что если какие-либо параметры не будут соответствовать вашим потребностям, конструкцию, габариты и высоту установки в любой момент можно изменить.

Богатый опыт пользователей FORUMHOUSE, посвященный созданию самодельных ветроэлектрических установок, собран в одном из разделов нашего строительного портала. Если вы всерьез интересуетесь альтернативной энергетикой, рекомендуем прочитать статью, посвященную организации системы электроснабжения на основе самодельных солнечных панелей (батарей). Наверняка, вас заинтересует и небольшое видео об особенностях правильного построения мощной и функциональной системы электроснабжения загородного дома, которая по классической схеме подключается к стандартной трансформаторной подстанции.

Источник: http://www.forumhouse.ru/articles/engineering-systems/8130

Как сделать и установить ветрогенератор своими руками

Изготовление ветрогенератора своими руками является здоровой альтернативой покупному, ведь этот агрегат не из дешевых. Перед тем как изготовить ветрогенератор, конечно нужно получить необходимые знания, ну и конечно же, иметь определеннее навыки. Процесс это трудоемкий, и за пару часов здесь не управиться. Поэтому до того как сделать ветрогенератор своими руками, ознакомьтесь с предложенными ниже рекомендациями.

Одним из альтернативных источников энергии является использование ветрогенератора. Он может спасти при частых перебоях в сети электроснабжения. Ветрогенераторы для дома своими руками можно сделать, используя чужой опыт. При установке ветрогенератора на участке контролеры электросетей могут предъявлять претензии. На приватизированном участке никаких проблем не должно возникнуть, однако лучше все-таки предварительно проконсультироваться у местного юриста, чтобы выяснить, какие требуются разрешения, удостоверения или предписания для законной установки данного оборудования.

Перебои с подачей электроэнергии довольно часто случаются в сельской местности, особенно в непогоду. Иногда выбивает трансформатор, это происходит довольно регулярно — 1 раз в неделю, но аварийная РЭС устраняет эту проблему обычно в течение суток. Иногда наблюдаются более серьезные повреждения на линии, тогда приходится оставаться без электроэнергии в течение недели, а то и двух недель.

У тех, кто имеет автомобиль, есть возможность использовать топливо, но оно расходуется быстро, и тогда остается только ждать, пока аварийная служба не восстановит линии электропередач. В таких случаях автономная мини-электростанция в виде ветрогенератора своими руками оказывается как нельзя кстати, обеспечивая работу электроприборов.

Предлагаемая модель собирается из обычных материалов и очень проста в выполнении, поэтому доступна для повторения обычному человеку.

Размеры и характеристики ветрогенератора

Перед тем как сделать ветрогенератор, ознакомьтесь с его техническими характеристиками.

Мощность при расчетной скорости ветра 10 м/с будет составлять 1,5 кВт. При увеличении скорости ветра ветроколесо начнет автоматически выводиться из-под ветра. Хотя эту настройку можно изменить, и тогда удастся увеличить мощность до 2 кВт.

Начинать же свою работу данный прибор может при скорости ветра 3 м/с, но его также можно адаптировать и к более слабому ветру.

Технические характеристики ветрогенератора следующие:

  • максимальная мощность — 1500 Вт;
  • максимальный ток — 54 А;
  • рабочее напряжение — 28 В;
  • максимальный уровень шума при правильной балансировке — не более 57 дб;
  • число оборотов генератора — минимальное: 1200 об/мин, максимальное: 4500 об/мин.

Масса и размеры ветрогенератора отвечают следующим параметрам:

  • масса головки ветрогенератора (без хвоста и ветроколеса — не более 25 кг);
  • диаметр ветроколеса — 3,02 м;
  • длина хвоста — 2,037 м;

Как построить ветрогенератор: инструменты и материалы

Для изготовления ветрогенератора требуются минимальные слесарные навыки и владение электросваркой. Сборку конструкции и изготовление деталей можно проводить в обычных домашних условиях. Для этого не требуется специального оборудования, а все токарные работы не предусматривают высокой квалификации мастера.

Желательно применять для изготовления ветрогенератора металлические детали, поскольку пластмасса или дерево не способны выдерживать необходимые нагрузки в течение долгих лет, поэтому изделия из них требуют замены и дополнительного обслуживания. Также необходимо применять в конструкции одноступенчатый редуктор, который предназначен для активной эксплуатации и хорошо переносит различные климатические условия.

Для сборки ветрогенератора проводится не так уж и много сварочных работ, при этом можно использовать обычную электродную электросварку. Но даже если нет навыков проведения подобных работ, то можно обратиться к специалисту, причем стоимость этих услуг (с учетом стоимости материалов) все равно не превысит стоимости готового ветрогенератора.

Для изготовления конструкции своими руками потребуется болгарка, обычная дрель и сварочный аппарат с возможностью работы электродом диаметром 2 и 3 мм.

Для изготовления каркаса ветроколеса придется работать со сплавами алюминия. При этом необходимо учитывать специфику этих материалов при их сваривании и желательно использовать именно алюминиевый каркас, поскольку любые другие болтовые соединения, склепки или хомуты не в состоянии выдержать статического давления ветра и возникающих при этом динамических ударов — за исключением хомутов для крепления лопастей к самому каркасу, которые применяются только на этапе регулировки углов лопастей. Затем эти хомуты требуется приварить к трубе каркаса.

Для изготовления хомутов и соединения различных элементов конструкции ветрогенератора также понадобятся тиски, закрепленные на слесарном столе, поскольку «на весу» такие работы производить невозможно.

Все сварочные работы необходимо производить сплошными сварочными швами, чтобы не было пропусков в местах соединения деталей. Обязательно следует делать предварительную подготовку и зачистку свариваемых стыков.

Только тогда сборка конструкции будет давать гарантию надежности соединений, а значит, обеспечит возможность работать ветрогенератору в любых условиях, при этом его работоспособность не снизится даже при штормовом ветре.

Автомобильный и тракторный генераторы для самодельного ветрогенератора своими руками

Генератором для ветрогенератора в сельских условиях может служить автомобильный или тракторный вентильный генератор напряжением 14 или 28 В. Он будет преобразовывать механическую энергию ветродвигателя в электрическую,

Этот генератор для ветрогенератора, изготавливаемого своими руками, имеет все, что требуется — обмотку статора, выпрямитель и регулятор напряжения. Регулятор здесь должен быть настроен так, чтобы на выходе поддерживалось неизменное напряжение (допустимое отклонение — до 4% при изменении частоты вращения ротора в диапазоне 1:12 в автомобильных и 1:4 в тракторных генераторах). Такой регулятор автомобильного генератора способен вырабатывать электроэнергию постоянного тока с практически неизменным напряжением при значительных колебаниях частоты вращения ветродвигателя.

Вращающий момент в ветрогенераторе из автомобильного генератора будет передаваться от вала ветродвигателя (с частотой вращения 200-300 об/мин) к валу генератора (его номинальная частота вращения должна быть 5000 об/мин) с помощью многоступенчатого редуктора.

Чтобы выравнивать мощность самодельного ветрогенератора из автомобильного генератора, которую отдает ветросиловая установка при изменении скорости ветра, требуется аккумуляторная батарея. Она будет накапливать энергию при сильном ветре, и отдавать ее в безветренную погоду или при слабом ветре.

Применение аккумуляторов в ветрогенераторе из тракторного генератора позволит сделать электроснабжение в данном случае на самом деле бесперебойным. Выбирать емкость аккумуляторной батареи следует в зависимости от следующих факторов: средней скорости и частоты ветра в данной местности, мощности ветроустановки, мощности потребления электроэнергии, а также продолжительности максимума потребления за сутки.

Чтобы преобразовать в самодельном ветрогенераторе из тракторного генератора энергию постоянного тока в 12 или 24 В в переменный ток напряжением 220 В, нужно использовать преобразователь напряжения, т.е. инвертор.

В продаже встречаются недорогие преобразователи, которые можно использовать для бесперебойного питания различных потребителей мощностью от нескольких киловатт и сотен ватт.

Где и как установить ветрогенератор

Желательно, конечно, устанавливать ветрогенератор подальше от дома, от различных хозяйственных построек и сооружений, где-нибудь на открытом пространстве. Если вы сомневаетесь, где установить ветрогенератор , обязательно учтите плотность грунта, в связи, с чем подбирается материал для изготовления клиньев для растяжек мачты ветрогенератора, а также выбирается их длина. Например, на мягком грунте клин должен быть длиннее и массивнее, а на твердом грунте требуется более прочный металл для его изготовления. Всего клиньев для растяжек должно быть не менее трех, оптимальное их количество — четыре. Именно это количество обеспечивает необходимую надежность всей конструкции, а также упрощает процесс разметки площади для их последующего забивания в грунт. Ведь всегда проще сделать две диагонали, чтобы установить четыре места для забивания клиньев, и вычертить центр для установки мачты, чем чертить круг, а затем определять равные углы для установки трех клиньев.

Выбирая способы растяжки, необходимо также учитывать длину мачты и состояние грунта. Если планируется устанавливать длинную мачту, а грунт будет достаточно мягким, то к клинам должны быть более жесткие требования.

Низ мачты в данном случае нужно разварить и забетонировать. Мачту, в любом случае, необходимо опускать в грунт на глубину не менее 0,5 м, а крепления растяжек лучше забетонировать, ведь грунт после дождя будет становиться более рыхлым, что неизбежно приведет к ослаблению крепления клиньев. Кроме того, со временем грунт под воздействием вибраций и прочих влияний может поменять свой состав, что также скажется на прочности крепления клиньев.

Перед тем как установить ветрогенератор, позаботьтесь об усилении конструкции – для этого можно использовать любые элементы крепления (по желанию), главное — обеспечить должную надежность ветроустановке.

При установке ветрогенератора на открытой местности необходимо продумать средство подъема на высоту для обслуживания оборудования. Это средство должно надежно крепиться к мачте и быть достаточно удобным, чтобы на нем было возможно свободно производить необходимый монтаж и регулировку ветрогенератора. На открытых площадях сила ветра довольно высокая, поэтому можно соорудить не просто приставную лестницу, а целую площадку небольшого размера с приваренной лестницей, тщательно закрепив низ конструкции. Можно сделать это средство подъема на высоту съемным, чтобы использовать его для обслуживания других высотных объектов на участке.

Можно приварить ступеньки непосредственно к мачте, но, поскольку для обслуживания оборудования потребуется две руки, удержать равновесие на такой лестнице будет довольно сложно. Тогда придется использовать дополнительно страховочный пояс, чтобы обезопасить себя во время работ от падения.

Утяжеленная ступенями мачта, не считая установленной на ней головки, при установке потребует много сил, поэтому здесь придется воспользоваться помощью со стороны.

Как подключить ветрогенератор

При подключении в ветрогенераторе цепочки возбуждения можно использовать любой многожильный провод. При этом важно, чтобы в местах соприкосновения с мачтой этот провод был защищен изоляцией, резиновой или хлорвиниловой трубкой. Для силового выхода генератора также нужно применять многожильный медный провод. В этом случае площадь сечения жилы должна быть не менее 8 мм2. Это требуется для того, чтобы провод мог выдерживать пиковые токи до 60 А. Его так же, как и проводку цепи возбуждения, необходимо защитить изоляцией в местах соприкосновения с мачтой.

Перед тем как подключить ветрогенератор, там, где провод будет выходить из мачты, прорежьте отверстие размером 50 X 50 мм с помощью болгарки. Через это отверстие можно будет пропустить провода в мачту.

Сделать это удобнее с помощью стальки или куска обыкновенной железной проволоки, предварительно пропустив ее сквозь мачту, а затем зачалить остальные провода и протянуть их сквозь трубу мачты.

Как изготовить ветрогенератор на аккумуляторах

Аккумуляторы для ветрогенератора зачастую используются при установке малых конструкций в связи с нестабильностью выработки и расхода электрической энергии. Для описываемого здесь ветрогенератора необходима аккумуляторная батарея. В первую очередь это связано с необходимостью подключения обмотки возбуждения генератора. Нужный для подачи ток должен составлять примерно 1,2 А. Выбирать емкость батареи следует в зависимости от нагрузки, которая будет применяться в безветренную погоду, а тип батареи большого значения не имеет. Здесь важно только значение ее емкости. Желательно использовать готовую автомобильную батарею в 12 В.

Хотя вполне можно собрать такую батарею самостоятельно из отдельных элементов. При этом нужно учитывать несколько основных правил. Например, чтобы увеличить емкость батареи, можно параллельно или последовательно соединить несколько банок.

При последовательном соединении банок аккумулятора в 2 В обязательно нужно, чтобы они были одного типа и емкости. Допустимо, чтобы все они были кислотными, а их емкость составляла 200 А/ч. Если будут использоваться щелочные и никель-кадмиевые банки, то напряжение каждого элемента должно составлять 1,2 В, а количество банок должно быть 10, чтобы общее напряжение батареи равнялось 12 В (±10%). В противном случае от постоянного перезаряда или недозаряда батарея довольно быстро придет в негодность.

При параллельном соединении также важно, чтобы батареи были одного типа, и еще необходимо правильно выбирать место для их хранения. В условиях низких температур емкость большинства батарей будет сильно падать. Нужно, чтобы температура помещения не опускалась- ниже 0°С. При использовании кислотных или щелочных аккумуляторов большой емкости (более 100 А/ч) нужно, чтобы помещение было хорошо проветриваемым и нежилым — при зарядах этих типов аккумуляторов активно выделяется водород и другие сопутствующие пары кислот и щелочей, которые вызывают у человека ожог дыхательных путей и общее отравление организма.

Большинство производимых аккумуляторов данного типа являются необслуживаемыми, поэтому контакт с вредными веществами исключен. Тем не менее, следует соблюдать необходимую технику безопасности при работе с этим оборудованием и всегда помнить о возможной угрозе. Ведь даже незначительное нарушение герметичности корпуса, например, при падении прибора, может привести к ожогу тела и другим нежелательным последствиям.

Можно использовать старые батареи от автомобилей, которые уже не способны выдавать ток, необходимый для работы стартера, но в данной установке могут прослужить не один год в качестве промежуточного накопителя.

Роль бокового плана очень важна для работы ветродвигателя. Она позволяет создавать стабильную скорость вращения колеса. В этом случае ветроколесо будет отклоняться от потока воздуха (из-за давления ветра) на лопату. Постоянная мощность ветроколеса поддерживается благодаря направляющей дужке. При малейшем отклонении ветроколеса трос, натягиваемый пружиной, ляжет на эту дужку, тем самым создавая плечо переменной силы для пружины. При этом момент силы пружины будет приблизительно равняться моменту силы ветра (с учетом углов отклонения ветроколеса от направления ветра).

Как работает кислотный аккумулятор: принцип работы

Как работает кислотный аккумулятор необходимо потому, что он является одним из самых доступных — и потому есть большая вероятность его использования в изготовлении самодельной ветроустановки. Этот аккумулятор достаточно «капризный» в эксплуатации: его перезаряд приводит к выкипанию электролита, а постоянный недозаряд — к сульфатации пластин. У других типов аккумуляторов, как правило, нет такой критической реакции к этим факторам. Это необходимо учитывать при выборе аккумулятора.

Принцип работы кислотного аккумулятора заключается в следующем. Известно, что активная масса положительных пластин в заряженном аккумуляторе состоит из двуокиси свинца РbО2, а активная масса отрицательных пластин — из губчатого свинца Рb. Плотность электролита заряженного аккумулятора может варьироваться в зависимости от времени года и района эксплуатации в пределах от 1,25 г/см3 до 1,31 г/см3.

Когда аккумулятор работает на разряд, происходит химическая реакция, в результате которой активная масса отрицательных пластин начинает преобразовываться из губчатого свинца Рb в сернокислый свинец PbS04. В этом случае активная масса положительных пластин аккумулятора изменяется из перекиси свинца Рb02 в сернокислый свинец PbS04. В процессе реакции происходит одновременное выделение воды (Н20), при этом плотность электролита уменьшается с 1,25-1,31 г/ см3 до 1,09-1,15 г/см3.

В итоге плотность электролита при 100% -ном разряде снижается на 0,16 г/см3, а значит, в период разряда аккумулятора уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см3 будет соответствовать снижению емкости аккумулятора на 6%. Остаточную емкость можно будет приблизительно определить по напряжению на клеммах не подключенного к нагрузкам аккумулятора.

Таблица «Соотношение плотности электролита с напряжением и зарядом батареи»:

Источник: http://www.udec.ru/tool/vetrogenerator.php

Самодельный ветрогенератор для дома и дачи: принципы работы, схемы, какой и как сделать

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.

Ветроэнергетические ресурсы России

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.

Примечания:

  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.

Парусная яхта на подводных крыльях

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?

Бейсджампер в видгсьюте

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.

Сравнение эффективности ВСУ разных типов

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».

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.

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

Карусельный и ортогональный роторы

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.

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:

Вертикальный ротор с направляющим аппаратом

  • 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

ВСУ Бирюкова

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»?

Профилировка и крутка лопасти ВСУ

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.

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.

Мини- и микроветрогенераторы

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

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.

Детали самодельного генератора на супермагнитах

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

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

Источник: http://vopros-remont.ru/elektrika/samodelnyj-vetryak/

Смотрите также:
31.10.2018

Как подключить солнечную батарею: сборка и установка Желая сэкономить средства, некоторые потребители принимают решение самостоятельно выполнить соединение солнечных батарей. Энергия, произведенная гелиосистемами, может использоваться на: энергообеспечение строения ...

31.10.2018

Изготовление солнечных батарей своими руками Солнечные батареи предназначены для преобразования света в электричество, однако солнечные батареи заводского исполнения весьма дорогие, и их могут позволить не каждый. В связи с этим широкую популярность набирает...

31.10.2018

Миниатюрные домики своими руками: пошаговая инструкция и фото Миниатюрные домики последнее время приобрели необычайную популярность у любителей рукоделия. Такими поделками можно украсить интерьер как в квартире, так и в школах или детских садах. Красиво смотрятся...

Комментарии

Комментирование отключено.