Как да направите вятърен генератор със собствените си ръце?

Ветрогенераторът за производство на електроенергия е незаменим източник на електроенергия, където няма много слънчева светлина, няма реки наблизо и няма централизирани електрически мрежи.

Принципът на действие на вятърния генератор е преобразуването на вятърната енергия в електрическа енергия.

В системи, където топлинната енергия е необходима за генериране на електроенергия, те използват:

• двигател, работещ на газ, бензин или дизелово гориво;
• отделяне на топлина от плочи и блокове на ядрен реактор, чиято топлина се използва за превръщане на вода в пара - в парна турбина;
• различни видове гориво, изгорени в когенерационна централа, заместващи топлина, топлина от ядрен реактор.

Слънчевите панели стоят отделно, където светлината се използва като източник на енергия, а не топлина или механична енергия.

Но да се върнем към "вятърните турбини", чийто принцип на работа е както следва. Силата на вятъра завърта витлото, което задвижва вала на генератора на двигателя. Заедно с вала, роторът на двигателя, върху който са монтирани постоянни магнити, се върти синхронно. Магнитното поле, преминаващо през намотката на статора, индуцира в него променлив ток поради промяна в силата на магнитния поток, преминаващ през завоите на намотките, от които е сглобена намотката. Променливо електрическо напрежение се подава към електронна верига, където се преобразува в постоянно напрежение. Многобройни устройства и устройства, които се нуждаят от него, работят от постоянен ток.

Всеки може да направи генератор за летни вили или полеви условия, който генерира променлив ток с напрежение 220 V. Колкото по-впечатляващи са размерите на конструкцията, толкова по-голяма е ефективността на отката ще получи конкретен потребител. Не е проблем да се направи генератор, който генерира един или няколко киловата електроенергия на час. Електричеството, получено от такава инсталация, е в състояние да захранва почти всички електрически уреди в къщата, включително градинарско оборудване.

Инсталацията смътно наподобява флюгер с витло, благодарение на което тази конструкция се обръща там, където духа вятърът. Това е необходимо, за да се използва максимално неговата сила, скорост.

Хоризонталното витло се върти от дръжка, разположена в задната част на модула. Вертикалният стебло не е необходим - лопатките му са разположени по такъв начин, че самото витло ще започне почти половин оборот, независимо от коя страна духа вятърът.

За да работи вятърната турбина с максимална ефективност, е необходима скорост от 3000 rpm или повече. За генератори, произвеждащи променлив ток, тази честота съответства на стойността от 50 херца, която е типична за домашните промишлени електроцентрали. След въртене на мотор-генератор с тегло около 10 кг, не е проблем да получите 2 kW на всеки час.

Основният елемент на всеки модел на вятърен парк е двигателен генератор. Работи като мотор - постоянният или променлив ток кара ротора (а с него и вала) да се върти. Възможна е и обратна работа - като генератор.

Сред двигателите, използвани като генератори, има четкови, безчеткови асинхронни и стъпкови двигатели. Именно тези три вида двигатели са популярни сред любителите, които сглобяват вятърни турбини със собствените си ръце.

В колекторния двигател намотките на ротора (артурите) са разположени в постоянно магнитно поле на статорни магнити. Постоянното напрежение, което се отстранява от клемите на такъв двигател, когато неговият вал с котвата е разкручен, се предава от токопроводящите контакти на котвата през четките. Самите четки са слабото място на такъв двигател - те бързо изчерпват ресурса си. По правило такъв генератор е под постоянно натоварване, когато котвата се движи, четките искрят. Няколко дни непрекъсната работа на такава инсталация могат напълно да износят четките, в резултат на което последните ще трябва да бъдат заменени.

Най-добрият вариант е безчетковият двигател. В него ротор с магнити се върти в пространството между намотките на статора. Самите намотки остават неподвижни, не се нуждаят от плъзгащи се контакти. Благодарение на такова просто решение инсталацията може да работи десетилетия - важно е само веднъж на сезон или на всеки шест месеца да се смазват лагерите на двигателя, които са отговорни за перфектното въртене на ротора без хлабина. Популярни решения на базата на безчетков двигател - асинхронен или стъпков - са достъпни за почти всеки домашен "направи си сам".

Асинхронен двигател се използва в електрически инструменти - например в шлифовъчна машина. Степерът може да се намери в голямо разнообразие от устройства - от моторно колело на велосипед до механично задвижване на принтер или дисково устройство.

Моторът с променлива четка, използван в перфораторите, шлифовъчните машини, отвертки, прободни триони и електрически рендета, стои отделно. Техният недостатък е необходимостта от премахване на четките и отвора на ротора за неодимови магнити. В резултат на това от активните намотки остава само намотката на статора - намотката на ротора е напълно отстранена.

Вятърен генератор, направен от вентилатор, ще изисква отвор на ротора за неодимови магнити. Дизайнът на домакинския вентилатор не е проектиран да получава електрически ток чрез въртене на ротора. Компютърен охладител (охладител на чипове) - вентилатор на системния блок на компютър или лаптоп - попада под същата промяна.

Трактор или автомобилен генератор използва допълнителна намотка, която се захранва от батерията на самата машина. За да може генераторът да произвежда например променлив ток от 135 ампера с напрежение 15 волта, намотката за възбуждане на ротора след включване на запалването консумира постоянен ток от 3 ампера с напрежение 12,6-14 V. Основният източник на енергия за генератора все още е коляновият вал на двигател с вътрешно горене, работещ на бензин, дизел или метан/пропан. Трактор или автомобилен генератор ще изисква премахване на намотката на полето и вместо това инсталиране на неодимови магнити.

Най-често срещаният вариант е да използвате двигател на перална машина за домашен генератор. Ако старата "перална машина" не е налична, можете да намерите такъв двигател в магазините за боклуци на пазара за бита, в най-близкия сервиз за домакински уреди или специализиран магазин. Не е проблем да поръчате такъв двигател от Китай.

И нови, и използвани ще работят дълго време. 200 вата мощност могат лесно да се преобразуват в киловати или повече.

За да сглобите генератора, в допълнение към двигателя, имате нужда от:

• неодимови магнити с размери 20, 10 и 5 мм (общо 32);
• изправителни диоди или диоден мост с ток от десетки ампера (спазвайте правилото за двукратен резерв на мощност);
• епоксидно лепило;
• студено заваряване;
• шкурка;
• калай от страната на консервна кутия.

Магнитите се поръчват онлайн от Китай.

Следните инструменти ще ускорят производствения процес:

• струг;
• ножици;
• отвертка с дюзи;
• клещи.

Генераторът като устройство генерира променлив ток, който трябва да се преобразува в постоянен ток, доведен до необходимата стойност на напрежението. Ако мотор-генератор произвежда, да речем, 40 волта, тогава това е малко вероятно да е подходяща стойност за повечето потребителска електроника, използваща 5 или 12 волта DC или 127/220 волта AC.

Схемата на цялата инсталация, доказана от времето и милиони потребители, включва токоизправител, контролер, батерия и инвертор. Автомобилна батерия с капацитет 55-300 ампер-часа се използва като буферно съхранение на натрупаната енергия. Работното му напрежение е 10,9-14,4 V с цикличен заряд (пълен цикъл на зареждане-разреждане) и 12,6-13,65 с буфер (порциониран, дозиран, когато трябва да презаредите частично разредена батерия).

Контролерът преобразува, например, същите 40 волта в 15. Ефективността му във волт-ампераж варира от 80-95% - с изключение на загубите в токоизправителя.

Трифазният генератор има най-голяма ефективност. - мощността му е с 50% повече от тази на еднофазния, не вибрира по време на работа (вибрацията разхлабва конструкцията, което я прави краткотрайна).

Намотките в намотката на всяка от фазите се редуват помежду си и са свързани последователно – подобно на полюсите на магнитите, като едната от страните е обърната към намотките.

Съвременните домакински уреди и електроника могат да работят от 110 волта (американски стандарт за битови мрежи) до 250 - не се препоръчва да се дава повече на мрежови уреди и устройства. Всички преобразуватели са импулсни, в сравнение с линейните, топлинните им загуби са много по-малки.

За да промените дизайна на асинхронен двигател, направете следното.

1. Разглобете двигателя и извадете ротора.
2. Отстранете плочите от котвата на ротора. Подрежете ги на дълбочина 2 мм.
3. Направете жлебове с дълбочина до 5 мм - за магнити.
4. Маркирайте лента от ламарина за магнитите. Те трябва да са на еднакво разстояние един от друг - това ще предотврати ненужната загуба на мощност на инсталацията.
5. Прикрепете ги към тази лента от калай със супер лепило. Фиксирайте лентата с магнити на котвата.
6. Запълнете пространството между магнитите със студено заваряване или епоксидно лепило.
7. Отстранете неравностите и неравностите по ротора с шкурка.
8. Проверете - и при необходимост сменете - лагерите и болтовете на двигателя.

Сглобете генератора на двигателя. Устройството е готово за по-нататъшна инсталация. За да проверите устройството, затегнете вала му в патронник за бормашина или отвертка и ускорете до 1000 оборота в минута.

При по-ниска стойност грешката се крие в неравномерното редуване на магнитите във всяка точка от кръга на въртене на котвата.

За да сглобите вятърната турбина, направете следното.

1. Изрежете еднакви парчета от PVC тръба с диаметър 11-16 см, съответстващи по дължина на бъдещите остриета.
2. На всеки сегмент начертайте произволна линия и се отдръпнете от нея от двете страни с 22 мм. Съответно ширината на едно острие ще достигне 44 мм. Повторете това действие за противоположния край на линейния сегмент.
3. Направо свържете крайните точки от едната страна на централната линия.
4. Начертайте от другата страна очертанията на бъдещото острие.
5. Изрежете полученото острие и закръгнете свободния му край чрез заточване. Повторете горните стъпки за останалите остриета.
6. Прикрепете остриетата към главината с помощта на адаптер за втулка. Като крепежни елементи са подходящи болтове с гайки и пружинни шайби. Ширината на всяко острие по цялата му дължина варира от 44 до 88 мм.

Това е достатъчно, за да може вятърът да завърти работното колело със скорост от 3 m / s. Получената структура трябва да бъде балансирана - правилното балансиране ще предотврати образуването на слепи петна, които забавят генератора, когато витлото се върти.

Мотор-генератор с инсталирано работно колело може да бъде поставен в защитна втулка, която го предпазва от атмосферни валежи. Оставайки сух при всякакви метеорологични условия, защитен от дъжд и сняг, генераторът ще издържи с години. За да сглобите предпазителя, направете следното:

1. в тръба с диаметър 7,5 см изрежете надлъжен жлеб с ширина 2 см;
2. отрежете задния край на отрязаната тръба под ъгъл от 45 градуса;
3. поставете генератора на двигателя с витлото в тази тръба и го закрепете към него.

Свободното въртене на двигателя изисква шарнирна връзка със сачмени лагери, подобна на тази при домашен вентилатор. Може да се обръща безкрайно на всяка страна.

За да не се навива или усуква кабелът, с помощта на който се отстраняват токове, индуцирани в намотката на статора, връзката в пантата трябва да е плъзгаща се, но да осигурява надежден, стабилен електрически контакт на мотор-генератора с допълнително разположени функционални единици на веригата.

Използването на контакт четка-графит е неоправдано - графитът има електрическо съпротивление с порядък по-високо от това на алуминия и стоманата и мощността на инсталацията значително ще намалее. Пантата се монтира върху основа, направена от парче профилна тръба. След сглобяването проверяват дали полученият въртящ механизъм е заседнал, не се върти и дали кабелът е протрит.

Осигурявайки плъзгащ контакт и свободно въртене на инсталацията по посока на вятъра, към допълнителния външен корпус на двигателя е прикрепен стебло, направено например от пластмасова водопроводна тръба и парче листова пластмаса или алуминий.

Като опора се използва кръгла или профилна тръба, единият край на която е бетониран в земята - не по-малко от метър. За да не се клати с течение на времето от урагана, тя се допълва с три или шест стрии, сближаващи се в центъра под същия ъгъл и насочени в различни посоки.

След завършване на монтажа на частта мотор-генератор, до двигателя се монтира диоден токоизправител, ако е необходимо. Загубите на ток в проводниците могат да бъдат значително намалени чрез използване на повишаващ трансформатор, разположен в близост до генераторната установка - както в линии, които предават индустриално електричество на дълги разстояния.

Контролерът за зареждане, батерията и инверторът са включени допълнително според диаграмата. Вятърната турбина е напълно сглобена и готова за работа.

Домашна вятърна турбина за частна къща генерира постоянно или променливо напрежение от няколко десетки волта, което е повишена опасност за човек. Токопроводящите контакти и проводниците трябва да бъдат надеждно изолирани - дъждовната вода е подкиселена среда, която провежда добре електрически ток.

Вятърната енергия е непостоянна. Най-доброто решение би бил генератор с ниска скорост с повече от дузина магнити и намотки. Колкото повече намотки, толкова по-дебел трябва да бъде проводникът за намотка. Твърде тънък участък поради общо съпротивление от десетки ома ще намали полезната мощност на генератора няколко пъти. За сериозно натоварване - например от електрическа печка или пералня - при 220 волта, ток до 10 A.

Дизайнът на домашен генератор - освен ако не се използва преработен двигател за генериране на електричество - трябва да бъде идеално плосък и симетричен. Преди да инсталирате намотките и магнитите, самият "спиннер" трябва да бъде центриран. Няма значение какво се използва – изхвърлен компактдиск или домашно миниатюрно копие на вятърна мелница, най-малкият дисбаланс вече е неприемлив.

Опитайте се да постигнете минимален шум - в идеалния случай той трябва да отсъства. Ако вашата инсталация, която не е смазана на мястото на лагерите, се оплаква от постоянното скърцане и тропане при въртене, подобна рекламация може да доведе до проблеми със закона, особено през нощта. Останалите причини да ви претендират за собственик на вятърна турбина са незначителни - вятърните турбини са напълно законни, тъй като собственикът на това устройство не произвежда електричество с него в индустриален мащаб, както се прави в Европа и Америка.

Инсталацията не трябва да е твърде висока - над стълбовете, по които минават електропроводите. Във всеки град, вилно селище или селско селище има ограничение за височината на изгражданите конструкции.

Подхождайки правилно и изключително отговорно към решаването на проблема с електричеството с помощта на вятърен генератор, потребителят ще се отърве от престоя, свързан с прекъсване на електрозахранването. Винаги е по-добре да работим проактивно – в рамките на закона – отколкото да чакаме с години какво обещават властите.

Как да направите вятърен генератор със собствените си ръце, вижте по-долу.