Ветрогенератор из шагового двигателя

Ветрогенератор из шагового двигателя

Существует множество конструкций генераторов ветра. Это дает использовать энергию ветра не только, для незначительных нужд, но и для промышленных потребностей. Чтобы самому понять принцип действия такого устройства на практике, предлагается к сборке следующая конструкция.

Будет состоять ветрогенератор из шагового двигателя, корпуса мачты, ветряка и более мелких комплектующих. Самый простой шаговый двигатель можно извлечь из старых моделей сканеров или принтеров, либо купить их у знакомых. Его мощности хватит для демонстрации наглядной энергии, которую можно получить при помощи ветра.

Также потребуется собрать электронную схему, которая позволит полученное напряжение выпрямить и стабилизировать для своих нужд. Один из вариантов схемы представлен ниже.

Выводы двигателя подключают к диодным мостам, которые служат для выпрямления напряжения. Эти диодные мосты целесообразно собрать самостоятельно из диодов Шоттки, рассчитанными на так не менее 1 А. Конденсатор и стабилизатор напряжения служат для получения стабилизированного постоянного напряжения 5 В, чего вполне достаточно для зарядки аккумулятора мобильного телефона или свечения небольшого светодиодного ночника.

Следует отметить, что эта конструкция не единственная возможная. Скорее демонстративная. Вместо диодных мостов можно подключить сначала повышающий трансформатор, а потом поставить диодный мост и конденсатор, что будет более практично. Также можно стабилизатор напряжения заменить умножителем напряжения или преобразователем напряжения, что даст возможность получить нужное напряжение.

Но, не стоит забывать и об ураганах, которые раскручивают лопасти генератора до значительных величин оборотов в секунду, что будет производить ток большей силы и напряжения. Это может вывести всю электронную схему из строя. Поэтому, для начинающих радиолюбителей данная конструкция лишь первый шаг к размышлениям о том, как же можно приручить силу ветра в своих нуждах.

Конструкция лопастей и мачты

Остальную часть генератора проще всего изготовить из труб ПВХ. Для лопастей берется канализационная труба, с которой вырезаются лопасти, от 2 до 5. Более опытные самодельщики утверждают, что количество лопастей должно быть обязательно нечетным. Крепятся они к шайбе или пластине, которая садится на вал двигателя.

Также нужен генератору и флюгер, который позволит ему самостоятельно поворачиваться в направлении ветра.

Далее нужно придумать мачту. В её качестве может выступать надежный шест, который позволит ветрогенератору быть постоянно в обдуве ветром без препятствий. Самым простым примером будет длинный деревянный брусок или пластиковая труба, если высота не большая.

Вот, собственно, и всё. Самый примитивный ветрогенератор готов. На продуктивность устройства влияет абсолютно всё, начиная от конструкции двигателя и заканчивая формой лопастей. Возможно эта статья поможет сделать шаг к более серьезным устройствам и стать в один ряд с таким ученым, как Алексей Федорович Анипко, который придумал и воплотил в реальности уникальную конструкцию генератора энергии от силы ветра.

Применять же полученную энергию можно не обязательно для освещения или зарядки небольших батарей. К примеру, если сконструировать несколько ветрогенераторов, то с их помощью уже можно греть воду, тем самым, например, обогревать помещение. И это только один из вариантов.

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Маломощный ветрогенератор из шагового двигателя: самодельное устройство из принтера

Обновлено: 18 января 2021

• Создание ветрогенератора
• Самодельный ветряк на основе шагового двигателя
• Ветрогенератор из деталей от принтера
  • Лопасти
  • Мачта
• Рекомендуемые товары

Создание ветрогенератора

Создание ветрогенератора не обязательно означает изготовление крупного и мощного комплекса, способного обеспечивать электроэнергией целый дом или группу потребителей. Можно изготовить небольшой ветряк, представляющий собой, по сути, действующую модель серьезной установки. Целью такого мероприятия может быть:

• Ознакомление с основами ветроэнергетики.
• Совместные обучающие занятия с детьми.
• Экспериментальный образец, предваряющий строительство крупной установки.

Создание такого ветряка не потребует использования большого количества материалов или инструментов, можно обойтись подручными средствами. Рассчитывать на выработку серьезных объемов энергии не приходится, но для питания небольшого светильника на светодиодах может хватить. Основная проблема, существующая при создании небольших ветряков — это генератор. Его сложно создать самостоятельно, поскольку размеры устройства невелики. Проще всего использовать небольшой электродвигатель, позволяющий использовать его в режиме генератора.

Самодельный ветряк на основе шагового двигателя

Чаще всего, при изготовлении маломощных ветрогенераторов используют шаговые электродвигатели. Особенность их конструкции состоит в наличии нескольких обмоток. Обычно, в зависимости от размера и назначения, изготавливают двигатели с 2, 4 или 8 обмотками (фазами). При подаче напряжения на них по очереди вал соответственно поворачивается на определенный угол (шаг).

Преимущество шаговых двигателей заключается в способности производить достаточно большой ток при низких скоростях вращения. На генератор из шагового двигателя можно установить крыльчатку без всяких промежуточных устройств — передач, редукторов и т.п. Выработка электроэнергии будет производиться с такой же эффективностью, как и на устройствах другой конструкции с использование повышающих передач.

Разница в скоростях весьма существенная — для получения такого же результата, например, на коллекторном двигателе, потребуется скорость вращения в 10 или 15 раз больше.

Считается, что с помощью генератора из шагового двигателя можно заряжать аккумуляторы или батареи мобильных телефонов, но на практике положительные результаты отмечаются крайне редко. В основном, получаются источники питания для небольших светильников.

К недостаткам шаговых двигателей можно отнести значительное усилие, необходимое для начала вращения. Это обстоятельство снижает чувствительность всей ветроустановки к слабым ветрам, что можно несколько скорректировать путем увеличения площади и размаха лопастей.

Отыскать такие двигатели можно в старых дисководах для гибких носителей, в сканерах или принтерах. Как вариант, можно приобрести новый двигатель, если в запасе нужного устройства не окажется. Для большего эффекта следует выбирать более крупные двигатели, они способны выдавать достаточно большое напряжение, чтобы его можно было как-то использовать.

Ветрогенератор из деталей от принтера

Один из подходящих вариантов — использование шагового двигателя от принтера. Его можно извлечь из вышедшего из строя старого устройства, в каждом принтере как минимум два таких двигателя. Как вариант, можно приобрести новый, не бывший в эксплуатации. Он способен вырабатывать мощность около 3 ватт даже при слабом ветре, типичном для большинства регионов России. Напряжение, которое может быть достигнуто, составляет 12 и более В, что позволяет рассматривать устройство как возможность зарядки аккумуляторов.

Шаговый двигатель выдает переменное напряжение. Для пользователя необходимо прежде всего выпрямить его. Потребуется создать диодный выпрямитель, для чего потребуется по 2 диода на каждую катушку. Можно и напрямую подключить светодиод к выводам катушки, при достаточной скорости вращения этого хватит.

Крыльчатку ротора проще всего установить прямо на вал двигателя. Для этого надо изготовить центральную часть, способную плотно усаживаться на вал. Доя усиления фиксации крыльчатки необходимо просверлить отверстие и нарезать в нем резьбу. Впоследствии в него буде завинчиваться стопорный винт.

Для изготовления лопастей обычно используют полипропиленовые канализационные трубы или иные подходящие материалы. Главным условием является малый вес и достаточная прочность, поскольку лопасти иногда набирают вполне приличную скорость. Использование ненадежных материалов может создать нежелательную ситуацию, когда крыльчатка разваливается на ходу.

Лопасти

Обычно изготавливают по 2 лопасти, но можно сделать и большее количество. Необходимо помнить, что большая площадь лопастей повышает КИЭВ ветряка, но параллельно с этим увеличивается фронтальная нагрузка на крыльчатку, передающаяся валу двигателя. Изготовление маленьких лопастей также не рекомендуется, поскольку они не смогут преодолеть залипание вала при старте вращения.

Для возможности вращения ветряка вокруг вертикальной оси надо сделать специальный узел. Сложность в этом заключается в необходимости обеспечить неподвижность кабеля, идущего от генератора. Поскольку устройство имеет, скорее, декоративное назначение, обычно подходят к вопросу проще — устанавливают потребитель прямо на корпусе генератора, исключая присутствие длинного кабеля. В противном случае придется монтировать систему наподобие щеточного коллектора, что нерационально и требует большого количества времени.

Мачта

Собранный ветряк необходимо установить на мачту высотой как минимум 3 метра. Потоки ветра у поверхности земли имеют нестабильное направление, вызванное турбулентностью. Подъем на некоторую высоту поможет получить более равномерные потоки. Для самостоятельной установки на ветер по оси вращения устанавливают хвостовой стабилизатор, играющий роль флюгера. Он делается из любого куска пластмассы, алюминиевой пластинки или иного подручного материала.

Ветрогенератор

Я хочу предложить читателям интересное на мой взгляд и полезное устройство — портативную ветроэлектростанцию.

В летнее время я с семьей часто отдыхаю на берегу моря. Каждому понятно, что отдых становится значительно комфортабельней, если есть источник электроэнергии.

После изготовления ветряка отпала необходимость в экономии бортовой сети автомобиля, появилась возможность постоянно пользоваться магнитолой, освещением, телевизором, а во время даже небольшого ветра — автомобильным холодильником.

Мною были изготовлены несколько вариантов ветряных генераторов. В одной из конструкций я даже задействовал шаговый двигатель из поломанного сканера. Однако, могу со всей ответственностью заявить, что вариант, предлагаемый здесь — наиболее прост и доступен.

Изготовление самодельного ветряка (чертеж ветрогенератора)

В качестве генератора, основного агрегата любой электростанции, используется электродвигатель постоянного тока (U = 48В, I = 15А, n = 1200 об/мин). Ротор вращается с частотой менее 500 об/мин, причем по мере усиления ветра обороты не возрастают, а увеличивается ток заряда. На валу генератора установлена цепная звездочка (Z=10) от велосипедного двигателя Д-6. Ведомая звездочка (Z=48) и весь кареточный узел взяты от взрослого велосипеда.

Раму пришлось распилить и придать ей нужную форму, а потом заварить. Генератор крепится к раме при помощи болтов М8. Роликовую цепь с шагом 12,7 мм перед установкой нужно прокипятить несколько минут в моторном масле, а затем вытереть ветошью. Лучше использовать цепь от мотоцикла: ее срок службы значительно дольше. Вал каретки я выточил новый, более длинный. При сборке кареточного узла необходимо смазать подшипники смазкой Литол-24 или ЦИАТИМ. Затем на вал навинчивается до упора гайка М16, надевается фланец (рис.3) и зажимается другой гайкой. К фланцу восемью болтами М6 крепится диск (рис.4) таким образом, чтобы выступ фланца на 40 мм вошел в отверстие диска.

Фланец изготавливается следующим образом: на токарном станке из стали вытачивается диск (рис.3, поз.1), затем головка торцевого ключа на 24 отрезается со стороны держателя по высоте до 20 мм, обе эти детали совмещаются друг с другом соосно и привариваются.

В таком случае, если будут использоваться только две лопасти, диск и фланец можно заменить стальной пластиной (рис.1, поз.3). Лопасти изготавливаются из дюралюминия толщиной 2 мм. После изготовления им необходимо придать дугообразную форму. Для этого лопасть надо положить на что-то круглое (например, трубу диаметром 800 мм и длиной не менее 800 мм) и согнуть по линии, показанной на чертеже. Затем лопасть при помощи шести шурупов крепится к деревянной спице, которая делается из струганного деревянного бруска 36х55х500 мм.

Спицы, в свою очередь (при помощи двух болтов М8 каждая), присоединяются к диску или пластине.

Для использования слабого ветра, 5-8 м/с, у меня сделано шесть одинаковых лопастей. При сильном ветре советую использовать только две. Но даже и при небольшом ветре с двумя лопастями ветряк дает ток 4-6 А при напряжении 14 В. В принципе, можно уменьшить длину лопастей до 80 см.

К нижней части рамы приварен штырь (кусок трубы длиной 120-150 мм), который с небольшим зазором входит в трубу-мачту. Перед монтажом его необходимо смазать и проложить латунную шайбу, на которой весь узел будет легко вращаться в горизонтальной плоскости и при помощи съемного стабилизатора становиться против ветра. Мачта длиной 3-3,5 м изготовлена из водопроводной трубы ∅34 мм (не менее). К нижней части мачты, с торца трубы, приварена опорная площадка (S 2-3 дм²), к которой, в свою очередь, приварен штырь длиной 150 мм и ∅12-15 мм. При установке мачты штырь просто втыкается в землю.

На расстоянии 1 м от верхнего конца трубы-мачты, по ее окружности, я приварил четыре гайки М10 для крепления растяжек. Мачту лучше изготовить из двух частей — для удобства перевозки на багажнике легкового автомобиля. В стационарных условиях ее можно изготовить и из другого материала, и более длинную. Несколько слов о пульте контроля и зарядки аккумулятора. В него входят амперметр и вольтметр постоянного тока любого типа, но лучше небольших размеров. Амперметр на максимальный ток 20-30 А, вольтметр на 15-30 В (из расчета того, что бортовая сеть автомобиля — 12 В).

Развязывающий диод — любого типа на ток 20 А. В качестве реостата можно использовать проволочное сопротивление типа ППБ-50Г на 5-10 0м, 50 Вт с доработкой: с левого края нужно снять несколько витков провода, чтобы в рабочем положении цепь разрывалась.

Можно использовать и любой другой резистор, выдерживающий ток 20 А в течение нескольких секунд. А нужно это вот зачем: если аккумулятор заряжен полностью и напряжение на нем достигло 14-14,5 В, то резистором в течение трех секунд закорачиваем генератор и тем самым останавливаем его, ток при этом в 3-4 раза меньше рабочего. Можно затем одну из лопастей привязать к мачте.

Уменьшать этим резистором ток заряда тоже нельзя, так как он выгорит через несколько десятков секунд. Ток заряда можно уменьшить путем добавления количества включенных в розетку ламп. Токоведущий провод — любой мягкий кабель (лучше обрезиненный) сечением 3-4 мм², который пропущен внутри трубы мачты.

Шаговый двигатель ветрогенератор схема

С началом дачного сезона я решил перейти от теории к практике в части постройки ветряка для своих дачных нужд. Но поскольку не зная броду я в воду соваться не люблю, я решил для начала подсобрать статистики в плане ветра. А для этого – построить анемометр. Анемометр я решил делать на основе шагового двигателя. Во первых, он выдает практически синусоиду, частота которой зависит от частоты вращения вала (читай, скорости ветра, который будет вращать крыльчатку – пропеллер). Во-вторых, шаговый моторчик – это практически генератор мощностью в несколько Ватт и в дальнейшем его можно будет использовать для каких то нужд. Например, пусть аккумулятор заряжает, от которого будет освещаться садовый туалет, стоящий на отшибе. Тем более, что этот электрогенератор мне обходился куда дешевле провода, если бы его пришлось тянуть к этому туалету. Или воду пусть греет…

Выбрав из своего барахла шаговый моторчик с наименьшим залипанием вала (есть у них такой неприятный эффект) и с максимально большим числом шагов на один оборот, я озаботился изготовлением пропеллера. Решение проблемы обнаружило себя в виде крыльчатки от старого напольного вентилятора, который уж Бог весть когда был вывезен на дачу ради находящегося в нем электродвигателя. Ее и решено было использовать в качестве пропеллера. К тому же, вал шагового двигателя и отверстие в пропеллере чудесным образом подошли друг к другу. Даже не потребовалось делать какой либо переходник. Диаметр пропеллера был почти 40 см, что сулило, вобщем неплохую снимаемую мощность при сильном ветре ( 50 Ватт при 8-9 м/сек!) . Разумеется, потребовался бы другой двигатель – генератор.

Почему именно ветряк пропеллерного типа? Ведь обычно анемометр — это 3-4 чашечки, закрепленные на оси и вращающиеся при любом направлении ветра, не отслеживая его направление. Однако их ометаемая площадь достаточно мала, и я опасался, что скорость ветра при которой начнет вращаться анемометр будет достаточно высокой. Я просто упущу информацию о слабых ветрах. Не скажу, что бы меня это сильно волновало, поскольку ветры менее 3 м/с мало интересны в плане энергетики. Но все же. Да и насадить готовый винт на готовый мотор – это куда как проще, чем городить вертушку из чашек, балансировать ее, делать датчик, отслеживающий скорость вращения. А в конце концов — мне надо просто собрать статистику ветров. А не суть, каким способом.

Насадив на ось двигателя пропеллер, я опробовал его «в деле». К моей радости, пропеллер раскручивался даже от очень слабого ветра. Это и понятно — «лопухи» пропеллера работали как ветряк парусного типа и занимали практически всю ометаемую площадь пропеллера. Это сулило очень высокую чувствительность, хотя и невысокую быстроходность. Впрочем, это компенсировалось большим числом полюсов шагового моторчика.

Всю внешнюю арматуру самодельного анемометра я сделал из совершенно подручных материалов, нашедшихся в моем сарае. Несущую траверсу решил сделать из двутавровой дюралевой балочки, держатель двигателя в виде хомута — из обрезка 2-х миллиметрового алюминия, а киль — из обрезка дюралевого отлива, оставшегося при установке пластиковых окон. Т.е. практически весь прибор у меня получался из «крылатого» металла, что было несколько символично. Да и с коррозией вопрос отпадал. А ведь анемометру предстояло работать практически целый год, накапливая статистику. В жару и мороз, под солнцем и в дождь и в снегопад.

Оставалось найти точку равновесия на траверсе и устроить крепление ветряка, что бы он свободно вращаться при изменении направления ветра.

После того, как точка равновесия была найдена, была выпилена часть тавра в нижней части балки. В качестве оси вращения использован небольшой отрезок дюралевой трубки диаметром 10 мм. Вдоль трубки сделан пропил, в который вставлялась вертикальная часть балки и просверлены два отверстия. Винтами с гайками оси крепилась к несущей траверсе достаточно надежно. (на фото достаточно крупно изображен этот узел).

При устройстве поворотного узла было решено пока отказаться от подшипников. В конце – концов, ось в любой момент можно было и заменить. В качестве направляющей муфты был подобран отрезок другой дюралевой трубки, чуть больше диаметром, чем ось, и ось вращалась внутри муфты совершенно свободно.

рлась о муфту и не создавала дополнительное трение повороту, проложены несколько шайб, обильно смазанных машинным маслом. И таким образом вращение флюгера – анемометра стало весьма легким и он практически мгновенно реагировал на изменение направления ветра.

На время «ходовых» испытаний я просто прикрутил муфту в длинному металлическому профилю с помощью широкой специальной изоленты. Разумеется, после калибровки и при установки анемометра на штатное рабочее место, я применю либо хомуты, либо какой либо другой надежный способ крепления муфты к мачте.

В качестве испытательной мачты послужил металлический пофиль 20 х 20 мм, длиной метра 3,5. И уже на такой высоте, ветер дует немного сильнее, чем у поверхности. И анемометр вращался со скоростью несколько оборотов в секунду при хорошем, крепком ветре.

Таким образом, после испытаний и установки анемометра стационарно на высоту 6-8 метров, можно будет приступать к сбору статистики о ветровой обстановке в месте будущей эксплуатации большого ветряка. Разумеется, перед этим его надо откалибровать и устроить систему сбора статистики. Но это темя для других статей.

Следует сказать, что не всем требуется анемометр. Кому то пригодится и походный ветроэлектрогенератор. В данном случае — это практически готовая конструкция. Только желательно, конечно использовать более мощный шаговый моторчик (Ватт на 10-15) и сделать конструкцию легко разборной. Ну и на выход генератора поставить диодные мосты, что бы можно было заряжать аккумуляторы.