Самодельный ветряк с генератором из коллекторного двигателя

Самодельный ветряк с генератором из коллекторного двигателя

Самодельный ветряк

Когда случилась перестройка, многим пришлось менять профессию и болезненно искать новое приложение рукам и уму. Среди многих других попыток были у меня и ветряки.

Я добросовестно посвятил этому год с лишним. Довольно быстро понял, что без основательной учебы ничего путного не выйдет. Много было непонятного, но постепенно прояснялось. Наконец, седьмой по счету экземпляр заработал более-менее в соответствии с расчетными характеристиками.

Ветряк задумывался, как источник энергии для дачи с посещением неполную неделю. Замышлялся, как коммерческий продукт. Отсюда и размеры.

ветрогенератор своими руками

Диаметр турбины 1.15 — 1.17м, трехлопастная. Наиболее дискутируемый вопрос количества лопастей решился между двух и трех в пользу трех из-за того, что хотелось, чтобы турбина увереннее работала при слабом ветре. Расчетная скорость 600 — 700 об/мин.

Генератор — коллекторный двигатель 36В с постоянными магнитами болгарского производства. Кажется, эти двигатели массово применялись в ЭВМ семейства ЕС.

Диаметр двигателя 80мм, длина что-то около 140мм?

Старательно снял его характеристики на стенде, используя тахометр, калиброванные нагрузки и прочее. Получил зависимость напряжения от скорости (2.22В*об/с), внутреннее сопротивление (2.5Ом) и вентиляторные потери (механические на трение и перемешивание воздуха).

Оптимальное передаточное число мультипликатора планировалось 4, но из-за желания выполнить его компактно в одну ступень, остановился на 3.33. (Хотя и 4 пробовал). Шестерни нарезал косозубые, меньше шумят. Картер сделать не получилось, хотя для серии это, наверно, нужно. Мазать пару раз в месяц солидолом — несолидно.

Поворотный механизм — свободный ход на резьбе. Угол поворота после 2 — 3 оборотов ограничивался упругостью кабеля. Это оказалось самым простым и надежным решением. Головка вращается на длинной резьбе по полудюймовой трубе через муфту. Конечно, небольшой люфт в этом месте есть. Первоначально муфта делалась длиннее (60 — 70мм) и для облегчения хода на резьбе делалась проточка, оставлялись только верхние и нижние витки ( по 2 — 2.5 нитки). Потом оказалось, что люфт не так уж и страшен и узел был упрощен.

Кабель от генератора пропускался в отрезок вертикальной трубы (что-то около 500мм) и выходил через тройник в месте крепления головки к мачте. Упругости полуметрового толстого отрезка кабеля и хватало, чтобы не давать головке поворачиваться в горизонтальной плоскости более, чем на 1.5 — 2 оборота.

Пробовал и безхвостовой вариант, с набегом потока на турбину сзади, но все-таки остановился на классике — с хвостовым флюгером приблизительно 200х400мм, вынесенным на 70-сантиметровом отрезке полудюймовой трубы. Хвостовая труба уравновешивает генераторную головку в горизонтальной плоскости. Вся конструкция закрыта пластиковой канализационной трубой 100(106) мм. Сзади генератора — вертикальный узел поворота и 400мм отрезок полудюймовой трубы для крепления к мачте стандартной муфтой. Там же расположены выходные клеммы генератора. Провод снижения идет далее по мачте снаружи, хотя, можно до самой земли провести его в трубе.

Кожухом отлично работал отрезок канализационной пластиковой трубы 100 ( 106?) мм. Стопорился одним саморезом снизу. Впереди и сзади кожух был открытым. В приблизительно 8 — 10мм зазор меж кожухом и передним обтекателем заходил воздух для охлаждения генератора, сзади кожух нависал над креплением хвостовой балки на 20 — 25мм, чтобы вода на резьбу не капала.

Хвост на трубе полдюйма пластиковой с хвостовой лопастью ( приблизительно 200х400мм) утерян. Стыковался с небольшим грузиком и регулировался по длине, чтобы уравновесить головку на мачте в целом.

При массе генератора 2.5кг вся головка без турбины имеет массу порядка 5кг. Мне показалось, что это неплохой результат.

Особо стоит упомянуть турбину. Пожалуй, технологически самый непростой узел. Вся попавшая под руки литература была написана людьми совершенно далекими от аэродинамики. Большинство советчиков приводили популярные авиационные профили CLARK Y, BC2 и прочее. Методы расчета самолетных винтов и больших турбин совершенно не годились для маленькой тихоходной турбины, ориентированной на работу при слабых и средних ветрах (3-6м/с). Стандартная же технология изготовления лопастей тоже была достаточно трудоемка и , главное, не гарантировала высокой точности и повторяемости профиля.

Что касаемо профиля, то при данных числах Рейнольдса 40 000 — 60 000 самым лучшим оказался профиль типа Купфер, Гетинген 420 и тому подобное. Это знают авиамоделисты. Грубо говоря, это просто дужка, профиль крыла «Фармана» или «Ньюпора» времен первой мировой. При слабых ветрах он дает момент, почти в 1.5 раза больше, чем традиционные, каплевидные. При больших скоростях начинается срыв потока и турбина отчасти саморегулируется .

Профиль потянул за собой и технологию.

Выстругивалась по теоретическому чертежу и лекалам болванка с поверхностью нижней части лопасти. Далее на нее через слой полиэтилена накладывались слои дубового шпона на клею. У комля до 10, у конца — 3 — 4 слоя . Весь пирог тщательно уматывался резиновой лентой и оставлялся на сутки — двое.

После схватывания клея, полуфабрикат лопасти снимался с болванки и сравнительно просто дорабатывался в концевой части и по кромкам шлифовкой. В конце, если требовалась долговечность, все это можно еще оклеить одним слоем стеклоткани на эпоксидке.

На снимке справа — болванка для выклейки лопастей. К ней плотно приматывается резиновой лентой проклеенный пакет дубового шпона. У комля 8 — 10 слоев, у самого конца лопасти 3 — 4. Потом ступенчатость слоев убирается шлифовкой и подшлифовываются кромки. Ну, и форма в плане корректируется по шаблону. Лопасти получаются легкими, жесткими и достаточно одинаковыми, легко балансируются. Впрочем, дуб — слишком серьезно. Можно вполне и что-то полегче. Вообще я без ума от липы. Ну, и оклеить это стеклотканью тоже не мешает, если нужна долговечность.

Слева лежат две оклееные стеклопластиком цельноструганные лопасти из липы от другой, более ранней модели с заклеенными кулачками механизма изменения шага винта. При всей неказистости 2000об/мин как-то вполне выдержали..

Один сезон выдержит и тщательно прогрунтованная и выкрашенная ПФ115 деревяшка. После зимнего хранения в неотапливаемом помещении особого коробления не отмечено. Но хранить турбину нужно подвешенной за ось. Ставить к стене на лопасть — нельзя.

Турбина одевалась на резьбе на вал и сама докручивалась до упора.

Все это в сборе устанавливалось на 5-метровой высоте на мачте из отрезков труб полдюйма, три четверти, дюйм, соединенных муфтами-переходниками. Мачта имела поворотное крепление у земли и четырехтросовую одноярусную систему растяжек из капронового шнура порядка 5мм. Такая конструкция позволяет поднимать/опускать мачту одному человеку.

Нагрузкой служил 12- вольтовой щелочной аккумулятор 55Ач, подключенный просто через 10А диод. Плюс вольтметр и амперметр..

Разрабатывался замысловатый контроллер, как развитие и дополнение. Рабочее напряжение генератора для съема максимума мощности должно меняться. Наивыгоднейший в этом смысле режим — фиксированный ток при меняющемся напряжении. Работа же через диод просто на аккумулятор дает как раз, наоборот — относительно постоянное напряжение при меняющемся токе заряда.

И, пока контроллер периодически привозился, примерялся и увозился домой, обнаружилось, что без контроллера турбина имеет некоторые интересные качества.

Запуск очень легкий, при менее 3м/c. Далее, турбина быстро набирает обороты до начала зарядки ( порядка 13 — 14В). После этого рост оборотов идет очень медленно, растет только момент на валу турбины и зарядный ток. Растут, конечно, и потери в самом генераторе и проводах снижения. Но генератор на сильном ветру эффективно охлаждается самим ветром через специально предусмотренные каналы. Характерно, что шумит турбина при разгоне, как только появляется зарядный ток, шум резко уменьшается. В общем, шумит довольно слабо. Когда спишь на даче при сильном ветре, вполне маскируется шумом деревьев, если не знаешь, что турбина установлена.

Я очень опасался, что во время какого-нибудь шквала генератор просто сгорит. Потом посчитал все возможные потери и пришел к выводу, что при теплоемкости конструкции ему нужно минут сорок, чтобы нагреться просто, как болванка, до градусов 70 — 80.

Ветряк все лето проработал под присмотром. оставлять его нельзя было из-за нравов нашего народа и еще: я опять-таки боялся шквала, бури. Однажды, ветер поднялся до 30 — 35м/c. Точного анемометра под руками не было, но я тогда уже прекрасно ориентировался по самой турбине. Достаточно однажды сделать 2 — 3 замера напряжения на эталонную нагрузку по анемометру и сделать таблицу — ветряк сам себе анемометр. Турбина давала 900об/мин , генератор выдавал порядка 150 — 170Вт при 5 — 7А ( половина мощности пропадала в слишком тонких проводах снижения порядка 20м) мачту и меня самого ветер при порывах шатал. Я опасался, что все это разлетится вдребезги, но испытания есть испытания.

Я раз десять уверенно останавливал турбину «на полном скаку», замыкая выход генератора накоротко. Ток при этом падал до 2 — 3А и обороты до 1 — 2 в с. Потом, все-таки где-то срезало шплинт и все это засвистело вразнос, пришлось срочно мачту опускать.

Основной вывод из этого эксперимента — маломощную турбину можно уверенно стопорить генератором при сильном ветре. Дополнительные тормоза не нужны. Это потом легко поясняется и в теории.

Я опустил тут многие эксперименты. Работал два сезона плотно. Опробовал и Савониусы, и вертикальные лопасти и еще несколько конструкций. Турбины от 2 до 12 лопастей, автоматы увода из-под ветра и прочее. Делал и генератор на постоянных магнитах, делал сервопривод изменяемого шага лопастей турбины и прочее. Не успел только однолопастник построить.

Могу сказать с уверенностью

1. Ветряк — весьма дорогое удовольствие, если речь идет не о игрушке. В моем случае это только освещение, небольшой электроинструмент (8 — 12 квт*ч в месяц). Для тех, кто на даче привык утюгом фуфайки гладить — бензоагрегат много дешевле.

2. Ничего лучше, чем классическая пропеллерная турбина, просчитанная еше в 20-е годы прошлого века в ветроэнергетике нет и быть не может. Изобретения тут делаются ради самих изобретений.

3. Ветряк — не дело одиночек. Ветряк — СИСТЕМА. Без глубокого понимания всех процессов, без знания основ механики, аэродинамики, электротехники — лучше не связываться с работой такой сложности. Это не для любителей, если хочется что-то в конце получить реально работающее.

Была попытка сделать более тихоходную турбину с двухступенчатым мультипликатором где-то 1 к 5. И бесхвостый вариант с ориентацией за счет парусности самой турбины («спиной к ветру», уравновешивающей трубой вперед).

Но мультипликатор оказался сложным, а турбина не хотела при слабом ветре разворачиваться. Я тут еще и винт изменяемого шага с сервоприводом реализовал (где-то ранее на снимке лопасти от него). Но сервопривод оказался слишком медлительным, чтобы оперативно реагировать на порывы ветра. И жужжал бесконечно. Потом, по мере продвижения понял, что для такой блохи это лишнее.

Работа была интересной, но пришлось уйти к реалиям. Коммерческий проект такой ВЭС еще нуждался в доработке, собственные ресурсы начинали таять, а тут подвернулось то, что мне было хорошо знакомо — импульсные источники. Вот этим сейчас и занимаюсь уже пятый год.

На сегодня, как мне представляется, мечты о ветряке, подогревающем пол и питающем утюги с водонагревателем пока нужно отставить. Это технически возможно, но стоит столько, что фантазия обывателя не выдерживает.

А вот такие маленькие для дачи могли бы иметь определенный успех. Это тоже недешево, но кому нужен свет, маленький телевизор, мобилка и ноутбук — вполне.

Это порядка 10 — 15кВт.час в месяц.

Энергия ветра, Ветрогенератор своими руками, альтернативная энергия, ветрогенератор, ветряк своими руками, самодельный ветряк, мощьность ветрогенератора

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Коллекторный генератор

Коллекторный генератор / С и автотрансформатор А Т служат для регулирования скорости и cos cp каскада в режимах работы, достаточно удаленных от синхронной скорости. По мере подхода к синхронизму напряжение на кольцах асинхронного двигателя все более уменьшается, и действие генератора К и автотрансформатора становится недостаточным. Поэтому невозможно довести каскад до скорости большей, чем 95 — 96 % от синхронной. [2]

Коллекторные генераторы выполняются в виде: а) явнополюс-ных машин с тремя или шестью полюсными выступами на каждый двойной полюсный шаг и б) неявнополюсных машин по типу нормальных асинхронных машин. [3]

Коллекторный генератор позволяет регулировать скорость вращения асинхронного двигателя посредством изменения частоты при постоянной скорости вращения первичного двигателя, приводящего генератор во вращение. На рис. 32 — 6 изображена схема привода вентилятора. [4]

У коллекторных генераторов постоянного тока максимальный ток при больших частотах вращения заметно ( при максимальной частоте вращения в 2 — 3 раза) превышает допустимый по нагреву, поэтому коллекторные генераторы должны работать с ограничителями тока. [5]

Как устроен коллекторный генератор . ПАЯ чего служит коллектор. [6]

Особый тип коллекторного генератора представляет компенсированная К. Шер-биуса, а также и ее видоизменение в виде машины Япольского и Костенко. Япольский и Костенко предложили вместо явно выраженных полюсов машины Шербиуса устраивать на статоре обычную трехфазную обмотку Вг, В2, В3 для получения вращающегося поля ( схема фиг. Такой коллекторный альтернатор может применяться для нормальных частот и служить для питания переменной частотой асин-хрон. Скорость альтернатора будет оставаться неизменной, изменяться должна только частота возбуждающего тока, доставляемая особым небольшим возбудителем, напр, синхронным. Статор несет в этом случае компенсирующую обмотку Klt Kz, K3, на роторе же расположены две обмотки: возбуждающая R. Такой машиной с роторным возбуждением пользуется Коцишек, включая ее в каскад с асинхронным двигателем для регулировки скорости последнего. [7]

Таким образом, коллекторный генератор получает необходимый ему для генерирования переменной частоты ток возбуждения переменной частоты. [9]

Тахогенератор постоянного тока представляет собой коллекторный генератор с постоянными магнитами. Это обусловливает его линейную характеристику. Недостатком тахогенераторов постоянного тока является наличие коллектора. Надежность контактных элементов ограничивает применение тахогенераторов постоянного тока. [10]

В современных сварочных агрегатах используются коллекторные генераторы с самовозбуждением и вентильные генераторы. [12]

Тахогенераторы постоянного тока, представляют собою коллекторные генераторы с независимым возбуждением. Поле возбуждения создается или постоянными магнитами или током обмотки возбуждения. [13]

Существенными недостатками вращающихся источников, особенно коллекторных генераторов и приводных двигателей внутреннего сгорания, являются сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления. [15]

Коллекторный двигатель — устройство и использование

Чтобы ответить на вопрос о том, что такое коллекторный двигатель, необходимо понять, что называют двигателем вообще. А это электрическая машина, обратная генератору. Вместе генератор и двигатель называют машиной постоянного тока. Она предназначена для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую (то есть работать как генератор) или же наоборот — электрическую в механическую (работать как двигатель). Если снабдить синхронную машину постоянного тока коллектором, то мы получим коллекторный двигатель. В генераторном режиме коллектор будет играть роль выпрямителя, в двигательном режиме – преобразователя частот. Именно благодаря ему по обмотке якоря протекает переменный ток, а во внешней цепи – постоянный.

Из всего вышеизложенного следует, что коллекторный двигатель – это электрическая синхронная машина, в которой датчик положения ротора и переключатель тока в обмотках — это щеточно-коллектроный узел. Естественно, как уже говорилось, он может просто стать генератором.

Самый маленький коллекторный двигатель (на несколько ватт) состоит из таких обязательных частей, как трехполюсный ротор, подшипники скольжения, коллекторный узел (он же состоит из двух медных пластин-щеток), двухполюсный статор на постоянных магнитах. Самые маленькие устройства такого типа применяют в некоторых детских игрушках.

Коллекторный двигатель большей мощности имеет, как правило, многополюсный ротор, подшипники качения, коллекторный узел на четырех графитовых щетках, четырехполюсный статор на постоянных магнитах. Именно моторы такой конструкции стоят в автомобилях, в приводах вентиляторов, в системах охлаждения и вентиляции, в насосах, дворниках и прочем. Основным достоинством такого устройства, как коллекторный двигатель, можно назвать простоту эксплуатации, ремонта и изготовления.

Мощные устройства (на несколько сотен ватт) содержат статоры на электромагнитах. Есть несколько основных способов подключения таких обмоток: последовательно к ротору (последовательное возбуждение, приличный максимальный момент, однако быстрые обороты холостого хода), параллельно к ротору (так называемое параллельное возбуждение, преимуществом которого можно назвать стабильность оборотов, однако к недостаткам нужно отнести малый максимальный момент). Есть также варианты со смешанным и с независимым возбуждением, однако они применяются достаточно редко.

Существует и такая машина, как коллекторный двигатель переменного тока. Однако рассматривать ее отдельно нельзя. Под такой машиной обычно понимают универсальный коллекторный двигатель. Это такая разновидность машины, которая работает и на постоянном токе, и на переменном. Такое устройство получило распространение в ручных электроинструментах и в некоторой бытовой технике, благодаря небольшим размерам, весу, низкой цене, легкости в эксплуатации. Такой универсальный коллекторный двигатель можно напрямую подключать к сети, у него небольшой пусковой ток, простая схема управления.

коллекторный генератор

Англо-русский словарь технических терминов . 2005 .

• коллекторные пульсации напряжения
• коллекторный двигатель

Смотреть что такое «коллекторный генератор» в других словарях:

многофазный коллекторный генератор — Многофазная коллекторная машина с компенсационной обмоткой, возбуждаемая многофазным переменным током и предназначенная для работы в качестве генератора … Политехнический терминологический толковый словарь

коллекторный — ая, ое. collecteur m. Отн. к коллектору 4, 5, 7. Оросительная и коллекторная сеть. Коллекторный генератор. БАС 1. Лекс. БСЭ 2: колле кторный генератор … Исторический словарь галлицизмов русского языка

генератор поперечного поля — Коллекторный генератор постоянного тока с двумя комплектами щеток, расположенными под углом 90° друг к другу или с большим числом комплектов щеток, расположенными под другими углами. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические вращающиеся в … Справочник технического переводчика

Генератор переменного тока — Эта страница требует существенной переработки. Возможно, её необходимо викифицировать, дополнить или переписать. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К улучшению/23 октября 2012. Дата постановки к улучшению 23 октября 2012 … Википедия

Автомобильный генератор — Содержание 1 Устройство и общий принцип работы 2 Генераторы по … Википедия

Щёточно-коллекторный узел — узел электрической машины, обеспечивающий электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне … Википедия

Возбудитель электрических машин — генератор постоянного или переменного тока для питания индуктора электрической машины, создающего в ней рабочий магнитный поток. В основном получили развитие В. э. м. в синхронных машинах (См. Синхронная машина), поскольку постоянный ток … Большая советская энциклопедия

Коллектор — (Collector) Определение коллектора, виды коллекторов, примененеие Информация об определении коллектора, виды коллекторов, примененеие Содержание Содержание Определение В технике Финансовое Прочее канализационный Коллектор (электротехника)… … Энциклопедия инвестора

коллекторная машина — электрическая машина (генератор, двигатель), у которой обмотка ротора соединена с коллектором. Коллектор состоит из ряда медных пластин, закреплённых на поверхности короткого цилиндра, насаженного на вал ротора. Пластины электрически изолированы… … Энциклопедия техники

Коллекторная машина — электрическая машина (генератор, двигатель), у которой обмотка ротора соединена с Коллектором. Различают К. м. постоянного и переменного тока. К. м. постоянного тока достаточно широко распространены, по наличие коллектора ограничивает их… … Большая советская энциклопедия

Электровоз ВЛ10 — ВЛ10 Электровоз ВЛ10 582 в пригороде Томска Основные данные … Википедия