Эта статья посвящена созданию аксиального ветрогенератора на неодимовых магнитах со статорами без металла. Ветряки подобной конструкции стали особенно популярны из-за растущей доступности неодимовых магнитов.
Материалы и инструменты использованные для постройки ветряка этой модели:
1) ступица от автомобиля с тормозными дисками.
2) дрель с металлической щеткой.
3) 20 неодимовых магнитов размером 25 на 8 мм.
4) эпоксидная смола
5) мастика
6) труба ПВХ 160 мм диаметром
7) ручная лебедка
8) труба металлическая длинной 6 метров
Рассмотрим основные этапы постройки ветряка.
За основу генератора была взята ступица автомобиля с тормозным диском. Так как основная деталь заводского производства, то это послужит гарантом качества и надежности. Ступица была полностью разобрана, подшипники находящиеся в ней были проверены на целостность и смазаны. Так как ступица была снята со старого автомобиля, то ржавчину пришлось зачистить с помощью щетки, которую автор насадил на дрель.
Ниже предоставлена фотография ступицы.
Затем автор приступил к установке магнитов на диски ротора. Было использовано 20 магнитов. Причем важно заметить, что для однофазного генератора количество задействованных магнитов равно количеству полюсов, для двухфазного соотношение будет три к двум или четыре полюса к трем катушкам. Магниты следует крепить на диски с чередованием полюсов. Для соблюдения точности необходимо сделать шаблон размещения на бумаге, либо начертить линии секторов прямо на самом диске.
Так же следует разметить магниты по полюсам маркером. Определить полюса можно поднося поочередно магниты к одной стороне проверяющего магнита, если притягивается - плюс, отталкивается- минус, главное, чтобы полюса при установке на диск чередовались. Это необходимо потому что магниты на дисках должны притягиваться друг к другу, а это будет происходить, только если магниты стоящие напротив друг друга будут разной полярности.
Магниты были приклеены на диски при помощи эпоксидной смолы. Чтобы смола не растекалась за границы диска автор сделал бордюры по краям при помощи мастики, то же самое можно сделать при помощи скотча, просто обмотав колесо по кругу.
Рассмотрим основные отличия конструкции однофазного и трехфазного генераторов.
Однофазный генератор будет давать вибрацию при нагрузках, что будет отражаться на мощности самого генератора. Трехфазная конструкция лишена подобного недостатка благодаря чему, мощность постоянна в любой момент времени. Это происходит потому, что фазы компенсируют потерю тока друг в друге. По скромным расчетам автора трехфазная конструкция превосходит однофазную на целых 50 процентов. К тому же из-за отсутствия вибраций мачта не будет дополнительно раскачиваться,следовательно не будет дополнительного шума при работе ротора.
При расчете зарядки 12-ого аккумулятора, которая будет начинаться на 100-150 оборотах в минуту, автор сделал по 1000-1200 витков в катушках. При намотке катушек автор использовал максимально допустимую толщину проволоки, чтобы избежать сопротивления.
Для наматывания проволоки на катушки автор соорудил самодельный станок, фотографии которого представлены ниже.
Лучше использовать катушки эллипсоидной формы, что позволит большей плотности магнитных полей их пересекать. Внутреннее отверстие катушки стоит делать по диаметру магнита либо больше него. В случае, если делать их меньше, то лобовые части практически не участвуют в выработке электроэнергии, а служат проводниками.
Толщина самого статора должна равняться толщине магнитов, которые задействованы в установке.
Форму для статора можно сделать из фанеры, хотя автор решил этот вопрос иначе. Был нарисован шаблон на бумаге, а затем сделаны борта при помощи мастики. Так же для прочности была использована стеклоткань. Для того, чтобы эпоксидная смола не прилипла к форме, ее необходимо смазать воском или вазелином, или можно использовать скотч, пленку, которую в последствии можно будет отодрать от готовой формы.
Перед заливкой катушки необходимо точно закрепить, а их концы вывести за пределы формы, чтобы затем соединить провода звездой или треугольником.
После того, как основная часть генератора была собрана, автор измерил протестировал его работу. При ручном вращении генератор вырабатывает напряжение в 40 вольт и силу тока в 10 ампер.
Затем автор изготовил мачту для генератора высотой в 6 метров. В будущем планируется увеличить высоту мачты за счет использования более толстой трубы минимум вдвое. Чтобы мачта была неподвижна основание было залито бетоном. Для опускания и поднимания мачты было сделано металлическое крепление. Это необходимо, чтобы иметь доступ к винту на земле, так как заниматься ремонтными работами на высоте не особенно удобно.
Прислал:
Самодельный ветряк с генератором. Интерес представляет в основном тип генератора. Эта конструкция является весьма распространённой и простой, однако, на нашем сайте она до сих пор не была представлена.
Автор Бурлака Виктор Афанасьевич.
Я сделал фотосессию моего маленького ветрячка или, как я называю, действующей модели. Так как я его построил неожиданно для себя, просто решил потренироваться и узнать что получится, то сначала ничего не фотографировал, не думал, что им могут заинтересоваться, фотосессия получилась в обратном порядке, т.е. дедукцией – от целого к частям.
А теперь немного истории, и все по порядку:
Построить ветряк – моя давнишняя мечта, но было много препятствий. То жил в городской квартире, а дачи не было. То переезды из одного города в другой, потом в третий. В Светловодске я живу последние 18 лет. Здесь есть все условия – частный коттедж на две семьи, 5 соток огорода и столько же сада. С востока и юга открытая местность, с севера и запада рельеф выше моего. Ветры не балуют, т.е. не очень сильные. Ну, думаю, здесь я построю ветряк для души.
Но когда занялся вплотную, оказалось все не так просто. Литературы подходящей не нашел. Долго не мог определиться с генератором, не знал, как правильно изготовить лопасти, какой редуктор применить, как защитить от урагана и т.п. Как говорится, варился в собственном соку. Но знал, что если очень хочется, то все получится.
Неспеша делал мачту. На чермете подбирал подходящие куски труб, начиная с диаметра 325 мм по 1,5 м длиною (чтобы помещалась в багажнике моей машины). Взамен сдавал металлолом. Получилась мачта длиной 12м. Для фундамента привез бракованный фундаментный блок от высоковольтной опоры. Закопал его на 2метра в землю и 1м остался над землей. Затем обварил его двумя поясами из уголка, к ним приварил кронштейны. На концы кронштейнов к анкерным болтам приварил «пластинки» из 16мм железа размером 50 х 50 см, соединенных между собой мощными петлями. Купил на рынке мягкие 10 мм тросы и талрепы, все анодированное, не ржавеет. Сварил и закопал анкер под съемную лебедку. Лебедку тоже пришлось делать самодельную, используя готовый червячный редуктор. Кроме того, установил П-образную подпорку высотой около 2м, на которую должна ложиться мачта. Так как спешить было некуда – мачта делалась без спешки и поэтому получилась, на мой взгляд, красивая и надежная.
И тут Бог, видя мои труды, благословил меня выйти на форум http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:4219-74#1829 . Я его весь перечитал, зарегистрировался, и стал набираться опыта. Начал переделывать автогенератор, а когда перевел с английского "заморские" сайты (Хью Пигота и др.) по построению торцевых генераторов без железа в катушках, очень захотелось попробовать и самому это сделать, хотя бы в миниатюре.
Общий вид ветряка
Генератор
Генератор, вид сбоку.
Выход проводов.
Лопасти, корпус и разобранный генератор.
Решил построить действующую уменьшенную модель, чтобы выдавала до 1 ампера на 12-вольтовый аккумулятор.
Для изготовления ротора купил в Знаменке на предприятии "Акустика" 24 шт. дисковых неодимовых магнита 20*5 мм. Нашел ступицу от колеса мотоблока, токарь по моим чертежам выточил два стальных диска диаметром по 105мм и толщиной 5мм, распорную втулку толщиной 15мм и вал. На диски наклеил и до половины залил эпоксидкой магниты по 12 шт на каждый, чередуя их полярность.
Для изготовления статора намотал 12 катушек эмальпроволокой диаметром 0,5мм по 60 витков на катушку (взял проволоку с петли размагничивания старого негодного цветного кинескопа, там его достаточно). Распаял катушки последовательно конец с концом, начало с началом и т.д. (Вот здесь "не понял", если можно ли соединять все последовательно, чтобы получилась одна фаза? Желательно проверить при изготовлении. Прим.ред. ) Получилась одна фаза (боялся, что будет маловато напряжения). Выпилил из 4 мм фанеры форму, натёр её воском.
Жаль, вся форма в сборе не сохранилась. На нижнее основание положил вощеную бумагу (спёр в жены на кухне, она выпечку на ней делает), на неё наложил форму с круглячком в центре. Потом вырезал со стеклоткани два кружка. Один постелил на вощеную бумагу нижнего основания формы. На него выложил распаянные между собой катушки. Выводы из многожильного изолированного провода проложил в выпиленные ножовкой неглубокие пазы. Залил все это эпоксидкой. Подождал около часа, чтобы пузырьки воздуха все вышли, и эпоксидка разлилась равномерно по всей форме и пропитала катушки, долил, где надо, и накрыл вторым кружком стеклоткани. Сверху положил второй лист вощеной бумаги и прижал верхним основанием (куском ДСП). Главное, чтобы оба основания были строго плоскими. Утром разъединил форму и извлек красивый прозрачный статор толщиной 4мм.
Жаль, что для более мощного ветряка эпоксидка не годится, т.к. боится высокой температуры.
В ступицу вставил 2 подшипника, в них вал со шпонкой, на вал первый диск ротора с наклеенными и залитыми до половины эпоксидкой магнитами, потом распорную втулку толщиной 15мм. Толщина статора с залитыми катушками 4мм, толщина магнитов 5мм, итого 5+4+5=14мм. На дисках ротора оставлены бортики на краях по 0,5мм чтобы упирались магниты при центробежной силе (на всякий случай). Поэтому отнимем 1мм. Осталось 13мм. На зазоры остается по 1мм. Поэтому распорка 15мм. Потом статор (прозрачный диск с катушками), который крепится к ступице тремя медными 5 мм болтами, их видно на фото. После ставится второй диск ротора, который упирается в распорную втулку. Нужно остерегаться, чтобы палец не попал под магниты – очень больно защемляют. (Противоположные магниты на дисках должны иметь разную полярность, т.е. притягиваться.)
Эскиз ветряка.
Зазоры между магнитами и статором регулируются медными гайками, размещенными на медных болтах по обе стороны ступицы.
На оставшуюся выступающую часть вала со шпонкой одевается пропеллер, который через шайбу (а если нужно то и втулку) и гровер прижимается гайкой к ротору. Гайку желательно закрыть обтекателем (я его так и не сделал).
Зато сделал крышу-козырек над ротором и статором, распилив алюминиевую кастрюльку так, чтобы захватить часть донышка и часть боковой стенки.
Пропеллер изготовил из метрового куска дюралевой поливной трубы диаметром 220 мм с толщиной стенки 2,5мм.
Просто на ней нарисовал двухлопастный пропеллер и выпилил электролобзиком. (Из этого же куска я еще выпилил три лопасти длиной по 1м для ветряка на автогенераторе, и еще как видите осталось). Переднюю кромку лопастей я заокруглил "на глаз" радиусом, равным половине толщины дюрали, а зднюю заострил с фаской приблизительно 1см на концах и до 3см к центру.
В центре пропеллера сначала просверлил отверстие 1мм сверлом для балансировки. Балансировать можно прямо на сверле, положив дрель на стол, или подвесить на нить к потолку. Балансировать нужно очень тщательно. Я отдельно балансировал диски ротора и отдельно пропеллер. Ведь обороты доходят до 1500 об/мин.
Так как магнитное залипание отсутствует, пропеллер весело вращается от малейшего ветерка, которого на земле даже не ощущаешь. При рабочем ветре развивает высокие обороты, у меня амперметр на 2А прямого включения, так он часто зашкаливает на 12 вольтовый старый автомобильный аккумулятор. Правда при этом начинает складываться и подниматься вверх хвост, т.е. срабатывает автоматическая защита от сильного ветра и чрезмерных оборотов.
Защита выполнена на основе наклонной оси вращения хвоста.
Отклонение оси составляет 18-20 градусов от вертикали. Извиняюсь за чертеж, я его пытался срисовать с заморского сайта http://www.otherpower.com/otherpower_wind.html
Отработал этот ветрячок у меня 3 месяца. Снял, разобрал – подшипники в порядке, статор тоже цел. Немного приржавели магниты в тех местах, где не попала краска. Кабель идёт напрямую без токосъёмника. Он у меня есть сделанный, но я передумал его ставить. Когда демонтировал малый ветрячек - он не был перекручен. Так что я убедился - он не нужен, только лишние хлопоты. Выдавал он до 30 Ватт мощности. Шум от пропеллера при закрытых окнах не слышен. А при открытых не сильно слышно, если здоровый сон, то не разбудит, тем более на фоне шумов самого ветра.
Есть желание сделать большой по такой же схеме, правда статор нужно делать по-другому, не на эпоксидке. Над этим сейчас думаю. А пока за эти три месяца соорудил ветряк на автогенераторе трехлопастной диаметром 2,2м, мощностью около 400 ватт. О нём в следующей статье.
Здравствуйте, мне часто пишут по поводу того как лучше делать аксиальный дисковый генератор, сколько магнитов должно быть и сколько катушек. Спрашивают каким проводом нужно мотать катушки, и по сколько витков. Спрашивают про соотношение магнитов к катушкам, и про то как соединять катушки между собой. Вот на эти вопросы я постараюсь ответить сопровождая их рисунками...
Общие правила построения аксиального генератора
1.Расстояние между магнитов по кругу на дисках должно быть равно их ширине, но чем плотнее тем лучше, идеально если магниты будут почти вплотную друг к другу. Ниже я более подробно описал, если не можете определится делайте расстояние равным ширине магнитов, работать будет как у всех.2. Круглые магниты, квадратные, или прямоугольные, по сути не важно, это потом отразится на форме катушек. Для первого варианта проще круглые магниты и катушки.
3.Толщина дисков должна быть равна толщине магнитов, или немного тоньше.
4.Количество витков в катушках для 12V АКБ по 60 витков, для 24V ВКБ по 90 витков.
5.Толщина статора по толщине магнитов.
6.Соотношение катушек к магнитам 4:3, на 9 катушек 12 магнитов, на 12 катушек 16 магнитов.
Однофазные генераторы не делают потому что будет сильная вибрация генератора при работе.
Магниты должны быть толщиной не менее 10 мм, можно правда и тоньше, но тогда придётся делать тонкий статор, вообще статор должен быть примерно равен толщине магнитов. Форма магнитов, круглые они, квадратные, или прямоугольные, не особо важна, потом это повлияет на форму катушек, будут ли они ровно круглые, треугольной вытянутой формы. Для крупных и мощных генераторов от 1.5кВт магниты можно ставить толщиной 15-20 мм, и делать более толстый и прочный статор толщиной 15-20 мм.
Обычно расстояние между магнитов делают равным их ширине, но чем больше площадь заполнения магнитами дисков по кругу тем лучше. Расстояние между магнитов чем плотнее тем лучше. Но если делать расстояние между магнитов равным ширине самих магнитов, или в половину ширины магнитов то тоже будет работать нормально. Из-за увеличения диаметра дисков увеличивается скорость магнитов за оборот, и напряжение катушек увеличивается пропорционально росту скорости движения магнитов.
Но работают те витки катушек, которые попадают под магниты, поэтому чем реже магниты на диске тем меньше витков катушек принимают участие в работе, и здесь выигрыш только в диаметре, но большой чес получается и много меди уходит. если расположить магниты близко друг другу то диаметр дисков становится меньше, витков в работе больше, а меди меньше. Так в общем эффективнее.
Обычно делаю расстояние между магнитов равное их ширине, но те кто делал расположение магнитов плотнее, и даже вплотную при меньших диаметра и размеров генераторов получали тот же результат. Как делать тут уже решать вам.
Для схемы 9 катушек на 12 магнитов подойдут круглые магниты, и их лучше размещать на диске почти вплотную друг к другу. Внутренний диаметр круглых катушек можно делать меньше диаметра магнита.
Для 12 катушек на 16 магнитов также можно делать круглые катушки и ставить круглые или лучше квадратные магниты. Расстояние между магнитов чем плотнее тем лучше. А так в зависимости от размеров можно сделать расстояние около 5-10 мм между магнитами, если квадратные то в самом узком месте должно быть такое расстояние.
Для 18 катушек на 12 магнитов лучше использовать прямоугольные магниты с расстоянием равным их ширине. При этом внутренняя дырка катушки должна быть почти равна размерам магнита. Если 24 магнита ставить на дисках то расстояние между магнитами будет вплотную.
Ниже рисунок для сравнения насколько перекрываются катушки магнитами если магниты ставить почти вплотную и с расстоянием между магнитами равным их ширине.
>
Так.же вариант перекрытия магнитами статора на 18 катушек и 12 катушек.
>
Соединяются катушки фазы так: Начало первой катушки это начало фазы. Конец первой катушки соединяется с началом второй. Конец второй с началом третьей. Конец третьей на выход если у вас по три катушки на фазу это конец фазы. Вторая и третья фаза соединяется также как и первая. Всего на выходе должно быть шесть проводов, по два повода с каждой фазы. Далее уже можно соединить звездой, для этого три конца фаз или три начала фаз соединяются в одну точку, а три свободные конца уже на трёхфазный диодный мост. Ниже рисунок соединения одной фазы.
>
Лучше не соединять фазы генератора сразу звездой, а вывести из статора все концы фаз, чтобы потом можно было соединять по разному. Может быть так что с вашим винтом генератор будет лучше работать при параллельном соединении фаз.
По конструкции самого генератора есть два варианта
Первый вариант самый распространённый, диски здесь крутятся на валу, а статор больше по диаметру, и крепится шпильками с внешней стороны, тесть по внешнему диаметру. Обычно для изготовления за основу берут автомобильную ступицу и на её основе строят генератор. Второй вариант это когда статор крепится по внутреннему диаметру за неподвижный вал. А диск с подшипником надевается на этот вал, и с обратной стороны к нему притягивается второй диск.
Дорогостоящая и не всегда полностью эффективная затея. Образцы ветряков, имеющиеся в продаже, имеют ограниченный срок службы, низкую ремонтопригодность и высокую цену. Покупка такого комплекта не по карману многим потенциальным пользователям. Выходом из положения становится , обходящееся гораздо дешевле и позволяющее получить устройство с высокой эффективностью и производительностью.
Имеет высокую ремонтопригодность и, как следствие, длительный срок службы. Зачастую конструкцию по ходу эксплуатации модернизируют, улучшают и доводят до максимально возможных параметров, чего нельзя сделать с заводскими комплектами.
Тихоходные ветрогенераторы
Наиболее привлекательными конструкциями ветряков для большинства регионов России являются образцы, дающие высокие показатели на слабых и средних ветрах — . Для них характерна возможность начинать вращение при низких скоростях потока, выдавая достаточное напряжение для питания приборов потребления.
Выработка энергии на таких устройствах производится генераторами, адаптированными к работе с ветряками. Специфика конструкции таких генераторов состоит в высокой чувствительности, поскольку устройство изначально рассчитывается на работу с низкими скоростями вращения.
Для того, чтобы обеспечить заданный режим работы, необходимо обмотку возбуждения исключить из конструкции, заменив ее постоянными магнитами. В результате отпадет необходимость подачи напряжения для образования электромагнитов, индукция станет более стабильной, независимой от источника питания на обмотке ротора. Кроме того, отпадет надобность в щеточном узле, подающем питание на обмотку возбуждения.
Изготовление ротора на постоянных магнитах
Конструкция генератора на постоянных магнитах в каком-то смысле проще, чем с электромагнитным возбуждением. Создание такого устройства может выполняться как на базе готового генератора, так и при помощи подручных материалов.
Модификация автомобильного генератора
Создание ротора на постоянных магнитах требует достаточно серьезного вмешательства в конструкцию. Необходимо уменьшить диаметр на толщину магнитов плюс толщину стальной гильзы, которая одевается на ротор для образования сплошного магнитного потока и одновременно служит посадочной площадкой под магниты. Некоторые специалисты обходятся без гильзы, устанавливая магниты прямо на ротор с уменьшенным диаметром и фиксируя на эпоксидку.
Процесс изготовления требует участия производственного оборудования. В токарный станок зажимается ротор и аккуратно снимается слой с таким расчетом, чтобы установленные магниты вращались с минимальным зазором, но вполне свободно. Установка магнитов производится на пластины ротора с чередованием полюсности.
Наибольшего эффекта удается добиться при установке относительно небольших по размерам магнитов, расположенных рядами в продольном направлении. Достигается ровный и мощный магнитный поток, воздействующий на силовые обмотки статора с равномерной плотностью во всех точках.
Изготовление ротора из ступицы и тормозного диска
Рассмотренный способ относится к готовым генераторам, нуждающимся в небольших изменениях конструкции. К таким устройствам относятся автомобильные генераторы, часто применяющиеся самодеятельными конструкторами в качестве базового устройства. Зачастую генераторы собирают полностью самостоятельно, не имея готового устройства.
В таких случаях действуют несколько иначе. За основу берется автомобильная ступица с тормозным диском. Она качественно отбалансирована, прочна и приспособлена к нагрузкам определенного рода. Кроме того, размер ступицы позволяет разместить по окружности большое число магнитов, позволяя получить трехфазное напряжение.
Магниты с чередованием полюсности размещают на равноудаленном от центра расстоянии. Очевидно, что наибольшее число можно установить, если приклеивать их как можно ближе к наружному краю. Наиболее точным показателем станет размер магнитов, который определит возможность размещения на определенном расстоянии. Число магнитов должно быть четным, чтобы не сбивался ритм чередования полюсов при вращении.
Наклейка магнитов на ступицу производится при помощи любого клея, оптимальным вариантом считается эпоксидная смола, которой заливают магниты полностью. Это защищает их от воздействия влаги или от механических воздействий. Перед заливкой по краю ступицы рекомендуется сделать бортик из пластилина, не позволяющий эпоксидке стекать со ступицы вниз.
Конструкция генератора на автомобильной ступице наиболее удобна при изготовлении вертикального ветряка. Примечательно, что подобную схему можно использовать и без ступицы, на диске, вырезанном из обычной фанеры. Такая конструкция намного легче, позволяет выбирать удобный размер, что делает возможным создание чувствительного и производительного устройства.
Ветряк с аксиальным генератором на неодимовых магнитах
Наиболее сильными магнитами, обладающими оптимальными параметрами для использования в конструкции генератора, являются неодимовые магниты . Они несколько дороже обычных, но превосходят их многократно и дают возможность создать мощное устройство при относительно компактном размере.
Принципиального отличия в конструкции не имеется. Неодимовые магниты изготавливаются в различных формфакторах, позволяющих выбрать наиболее удобный для себя вариант - тонкие продолговатые брусочки, форма таблетки, цилиндры и т.д. если используется металлический ротор, то приклеивать магниты необязательно, они сами по себе с усилием прикрепляются к основанию. Остается лишь залить их эпоксидкой для защиты от коррозии.
Приобрести такие магниты проще всего через Интернет, заодно можно сразу же выбрать самую удобную форму.
Изготовление статора
Статор - это неподвижная часть генератора, несущая силовую обмотку, индуцирующую электрический ток. В зависимости от типа конструкции, статор может быть использован от готового устройства (например, от автомобильного генератора), или изготовлен с нуля самостоятельно. Техника изготовления в каждом случае своя, но принцип остается общий - по окружности, охватывающей вращающийся ротор, располагаются катушки, вырабатывающие переменный ток.
При модификации автомобильного генератора иногда силовые обмотки не трогают, предпочитая изменить конструкцию ротора и на этом остановиться. Чаще всего причиной тому является слабая техническая или теоретическая подготовка, когда мастер имеет весьма смутное представление, как именно подобные вещи делаются. Рассмотрим вопрос внимательнее:
Выбор количества фаз
Многие мастера пытаются облегчить себе задачу, делая генератор на одну фазу. В данном случае простота весьма сомнительная, так как экономия усилий получается только на стадии намотки катушек. Зато при эксплуатации получается неприятный эффект - амплитуда напряжения имеет классический вид, отчего выпрямленный ток имеет пульсирующую структуру.
Скачки противопоказаны аккумуляторам, создают отрицательное воздействие на все узлы комплекса и способствуют быстрому выходу из строя. Появляется вибрация, которая может стать причиной жалоб соседей, источником неприятных ощущений для людей или животных.
Трехфазная конструкция, напротив, имеет более мягкую огибающую, в выпрямленном состоянии ток практически не имеет каких-либо отклонений. Мощность устройства имеет стабильное значение, сохраняется в рабочем состоянии механическая и электрическая часть агрегата.
Выбор между трех- и однофазным устройством однозначно следует делать в сторону трехфазной конструкции. Количество намотанных катушек возрастает, но число витков не настолько велико, чтобы отказываться от более качественного результата из-за призрачной экономии времени.
Модификация статора автогенератора
Имеет готовые силовые катушки, плотно уложенные в каналах статора. Для получения качественного результата требуется изменить чувствительность статора, поскольку номинальная частота вращения автомобильного двигателя находится в пределах 2000-3000 об/мин, а на пике может подниматься до 5000-6000 об/мин. Таких параметров ветряк выдать не в состоянии, а использование повышающей передачи значительно снизит мощность крыльчатки.
Решением вопроса становится увеличение количества витков, для чего старые обмотки демонтируются, а на их место наматываются новые, с большим числом витков из более тонкого провода. При этом, нельзя использовать слишком тонкий провод, так как с возрастанием числа витков растет и сопротивление, делающее генератор менее производительным. Необходимо соблюдать «золотую середину», увеличивая количество аккуратно, без излишнего рвения.
Важно! Подобная операция требует расчета, но на практике чаще всего поступают проще - наматывают столько витков, сколько способна вместить конструкция статора. Результат обычно достигается положительный, поскольку слишком большое число витков вместить не получится.
Изготовление статора аксиального типа
Такая конструкция подойдет для генератора аксиального типа, ротор которого создан из ступицы и тормозного диска от автомобильного колеса. Статор имеет форму плоского диска, по окружности которого расположены силовые обмотки. Они должны быть намотаны из достаточно толстого провода, чтобы число витков было достаточным, но и сопротивление не снижало эффективность конструкции. Количество катушек кратно трем, чтобы на каждую фазу приходилось одинаковое количество.
Соединяются они между собой звездой, для каждой фазы соединяются 1, 4, 7, 10 и т.д. При намотке однофазного статора каждая катушка мотается в противоположном направлении - первая по часовой стрелке, вторая - против, затем опять по часовой и т.д. соединяются они последовательно.
Готовый статор устанавливается соосно с ротором. Зазор между катушками и неодимовыми магнитами должен быть минимальным, но ход ротора свободный, без соприкосновения с катушками.
Для защиты от влаги, пыли или прочих воздействий катушки обычно заливают эпоксидной смолой. Для этого предварительно делается по внешнему краю диска статора бортик из пластилина высотой, немного превышающей слой заливки.
Сборка крыльчатки
Крыльчатка должна обеспечивать максимальную чувствительность. Перед тем, как начать создание ветряка, следует подробно изучить метеорологическую обстановку в регионе, направление и скорость преобладающих ветров, частоту и силу шквалистых порывов, возможность ураганов. Эта информация поможет выбрать наиболее подходящую конструкцию ветряка (вертикальный или горизонтальный, размер, количество лопастей и т.п.).
Создание крыльчатки производится из подручного материала на основании параметров генератора. Размер лопастей должен обеспечивать начало вращения при невысоких скоростях потока, но не создавать чрезмерно большой преграды. Это снизит риск падения мачты при сильном порыве или шквале.
Регионы с нестабильными и часто меняющимися ветрами (каких большинство в России) больше подходят для эксплуатации вертикальных конструкций. Горизонтальные ветряки считаются более эффективными, но нуждаются в установке на высокие мачты, что создает проблемы при обслуживании.
Рабочее колесо ветрогенератора должно быть качественно отбалансировано и прочно соединено. Установка комплекта на крышу дома запрещается, особенно, если в нем проживает несколько семей. Рекомендуется выбирать открытое место на возвышении неподалеку от дома, чтобы длина кабеля не создавала большого сопротивления. Поблизости не должно быть преград, высоких деревьев или зданий, заслоняющих прямой поток ветра.
Аксиальный ветрогенератор, который работает на неодимовых магнитах, впервые начали массово изготавливать в странах Запада. И это были вовсе не заводские изделия, а плод труда местных гаражных мастеров, поставивших себе на службу явление левитации. Серьезной популярности именно такие модели ветряка обязаны массовому распространению и дешевизне неодимовых магнитов. Постепенно комплектующие и схемы изготовления стали распространятся по всему миру и в настоящее время магнитный аксиальный ветрогенератор завоевывает признание на просторах Российской Федерации. Ниже описана последовательность создания одной из самых удачных моделей такого ветряка.
Процесс создания ротора
Основой генератора автор разработки решил сделать ступицу автомобиля с дисками тормоза, поскольку она мощная, надежная и идеально сбалансированная. Начав делать ветряк своими руками, в первую очередь следует подготовить основу для ротора — ступицу, — почистить ее от грязи, краски и смазки. После чего приступить к наклейке постоянных магнитов. Для создания данного ветрогенератора, их было использовано по двадцать штук на диске. Размер неодимовых магнитов составил 25х8 миллиметров. Однако, и их количество, и их размер могут варьировать в зависимости от целей и задач человека, своими собственными руками создающего ветрогенератор. Однако всегда будет правильным, для получения одной фазы, равенство количества полюсов числу неодимовых магнитов, а для трех фаз — выдержка соотношений полюсов и катушек — два к трем или три к четырем.
Магниты следует располагать учитывая чередование полюсов, к тому же максимально точно, но прежде, чем приступить к их наклейке, нужно либо создать бумажный шаблон, либо прочертить линии, делящие диск на сектора. Чтобы не перепутать полюса, делаем отметки на магнитах. Главное — выполняем следующее требование — те магниты, которые стоят напротив друг друга, должны быть повернуты разными полюсами, то есть притягиваться.
Магниты приклеиваются к дискам при помощи супер-клея и заливаются. Также нужно сделать бордюрчики по краям дисков и в их центре, либо намотав скотча, либо вылепив из пластилина для недопущения растекания.
Фазы — что лучше — три или одна?
Многие любители электрической техники идут по пути наименьшего сопротивления и, чтобы не заморачиваться, останавливают свой выбор на однофазном статоре для ветряка. Однако у него имеется одна неприятная особенность, нивелирующая простоту сборки, — это вибрация в нагруженном состоянии, по причине непостоянства отдачи тока. Ведь амплитуда такого статора скачкообразна, — достигая максимума, когда неодимовые магниты располагаются над катушками, а после падая до минимума.
А вот, когда генератор сделан по трехфазной системе, то вибрации отсутствуют, и показатель мощности ветряка имеет постоянное значение. Причина такого отличия заключается в том, что ток, падая в одной фазе, в то же время нарастает в другой. И в итоге, ветрогенератор, работающий в трехфазной системе, может быть более эффективным до 50 %, чем точно такой же, но использующий однофазную систему. И главное, — нагруженный трехфазный генератор не дает вибрации, следовательно, мачта не дает повода для жалоб на ветрогенератор в надзирающие органы недоброжелателям из числа соседей, поскольку не создает надоедливого гула.
Способ намотки катушки статора ветряка
Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.
Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.
Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.
Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.
Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.
Мачта для ветрогенератора
Мачту на которой будет расположен данный генератор, можно делать высотой от 6 и выше метров, чем выше, тем больше скорость ветра. Под нее следует вырыть яму и залить основание из бетона, а трубу укрепить таким образом, чтобы магнитный аксиальный ветрогенератор, сделанный своими руками, можно было опускать и поднимать. Делать это можно при помощи механической тали.
Винт ветряка
Его делают из поливинилхлоридных труб, чей оптимальный для этого диаметр — 160 мм. К примеру, ветрогенератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в два метра и шестью лопастями, при скорости ветра в 8 метров за секунду, способен обеспечить мощность до 300 Вт.
Как повысить мощность ветряка?
Для подъема можно использовать магниты. Попросту на магниты, которые уже установлены наклеить еще по одному такому же или более тонкому. Другой способ основан на установке в катушки металлических сердечников, — пластин трансформатора. Это обеспечит усиление магнитопотока в катушке, однако вызывает небольшое залипание, которое, впрочем, совершенно не ощущается шестилопастным винтом. Стартует такой ветрогенератор при ветре в 2 м/с. Благодаря применению сердечников генератор получил увеличение мощности с 300 до 500 Вт/ч при ветре в 8 м/с. Также следует уделять внимание форме лопастей, — малейшие неточности снижают мощность.
