Самодельный ветрогенератор и его промышленные аналоги

Самодельный ветрогенератор и его промышленные аналоги

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

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

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

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

С чего начать?

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

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

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

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

Сердце ветряка

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

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

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

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

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

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

Действующая модель

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

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

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

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

Нюансы изготовления ротора.

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

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

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

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

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

Как сделать мачту?

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

Защита от сильного ветра

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

Пульт управления

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

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

Электрические способы защиты и управления

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

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

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

Преобразователь напряжения 12-220 В

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

Чем порадует рынок готовой продукции?

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

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

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

Выводы

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

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора для ветряка

Бытовой ветрогенератор – простой и экологически безопасный способ получения энергии. Промышленные ветряки обладают большой мощностью и сложными системами управления для накапливания энергии или передачи ее в сеть. Однако конструктивно ветрогенератор от этого не изменяется: в каждом ветрогенераторе есть лопасти, электрический генератор и мачта. Поэтому собрать бытовой ветрогенератор для установки на приусадебном участке сможет практически любой человек, обладающий минимальным набором инструментов и познаний в области электричества.

В качестве лопастей для ветрогенератора можно использовать деревянные или пластиковые лопасти, которые также можно изготовить самостоятельно. Мачту ветрогенератора проще всего сделать из металлического уголка или трубы, скрепив все элементы конструкции между собой сваркой. Генератором для ветряка может послужить простой асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (в соответствующем влагозащищенном исполнении для установки на улице) – самый распространенный тип электродвигателей.

По сравнению с остальными электродвигателями постоянного или переменного тока, асинхронные обладают важной характеристикой — отсутствием щеточного механизма. Поэтому конструкция асинхронного электродвигателя очень проста – обмотка статора неподвижна и закреплена на корпусе электродвигателя, ротор – короткозамкнутый. Выходные параметры (напряжение и частота) электродвигателя при подключении ветрогенератора к сети никаких отрицательных влияний на бытовую технику не окажут.

Однако для использования асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором в бытовом ветрогенераторе необходимо его немного модернизировать, заменив короткозамкнутый ротор на ротор с постоянными магнитами. Для этого ротор электродвигателя протачивается на токарном станке на толщину магнитов. В качестве магнитов применяем достаточно сильные магниты размером 7,6х6 мм в количестве 160 штук. Перед наклейкой магнитов размечаем ротор на четыре полюса (для четырехполюсного электродвигателя), и со скосом располагаем на нем магниты. Каждый магнитный полюс чередуется. После размещения на роторе магниты фиксируются скотчем и заливаются эпоксидной смолой.

В некоторых случаях, помимо изменения ротора электродвигателя, перематывают статор более толстым проводом, чтобы уменьшить напряжение и поднять силу тока.

Проверить работу генератора лучше всего еще до его установки на мачте. Для этого к валу электродвигателя присоединяем дрель, а к выходным клемма – нагрузку (мощную лампочку, кипятильник) и измерительные приборы (мультиметр или вольтметр с амперметром).

Ветрогенератор из мотор колеса своими руками. Как собрать вертикальный ветряк с ротором Савониуса на мотор-колесе от электровелосипеда?

В коммерческих ветрогенераторах чаще всего используют винтовые пропеллерные двигатели – у них максимальный КПД, доходящий до 49%. Это весомое преимущество, и свой третий или четвертый по счету ветряк вы можете попытаться изготовить по пропелерной схеме — но винтовые двигатели значительно сложнее изготовить, поэтому если вы хотите сделать свой первый самодельный ветрогенератор, т.е. не покупать готовый, а именно сделать ветрогенератор своими руками, лучше начать с классических конструкций на роторном двигателе, выглядит она так:

Важная деталь: ротор необходимо поднять достаточно высоко – на 3-4 метра над уровнем земли. Тогда лопасти ветряка окажутся в зоне свободного ветра, а зона завихрений от обтекаемых ветром строений останется ниже его.

Однако не стоит думать, что необходимо поднять ветряк как можно выше любой ценой – на самом деле скорость ветра пропорциональна корню седьмой степени от высоты – выгода не большая, но с точки зрения монтажа это весьма существенно!

Один только плюс – если ветро энергетическая установка (ВЭУ) высоко поднятая над землей, то она будет выполнять функцию молниеотвода, а это для сельской местности бывает полезно.

До недавнего времени главной проблемой в строительстве ветрогенераторов являлся выбор (или самостоятельная постройка) генератора электрического тока, подключаемого к шкиву ветрогенератора – всегда легче использовать готовую конструкцию, чем собирать и наматывать обмотки самостоятельно.

И все поменялось с появлением мотор-колес для электровелосипедов и электроскутеров – это идеальные генераторы для домашней ветроэнергетики! В терминах ветроэнергетики правильнее всего принимать мотор колесо за «многополюсной тихоходный генератор«, посмотрим, как оно устроено, самое простое и дешевое мотор-колесо для электровелосипеда:

Как мы видим, в зависимости от конструкции, это от 30 до 50 ниодимовых магнита, закрепленных на вращающемся статоре и неподвижный ротор с тремя независимыми обмотками. Каждая обмотка намотана 4-9 параллельно соединенными (для лучшего заполнения паза) проводами, суммарный диаметр около 3-4мм. Посмотрим, что стоит отметить особо важным для самостоятельного строительства ветрогенератора из мотор-колеса?

1.В режиме генератора, любое мотор колесо начинает выдавать ток сразу же, «с пол оборота!»

2.Выдаваемое напряжение пропорционально скорости вращения – учитывайте это при выборе контроллера.

3.Снимаемую мощность можно увеличить, подключая дополнительные обмотки!

4.Можно затормозить мотор-колесо закоротив обмотки между собой – с обмотками ничего страшного не случится, электротормоза такой конструкции давно используются на электровелосипедах и электроскутерах.

5.Внутри мотор-колеса для электровелосипеда обмотки чаще бывают соединены по схеме «звезда». А мотор колеса для скутеров и, особенно, мотор колеса для электросамокатов имеют соединение обмоток по схеме «треугольник» — имейте в виду это при конструировании! Хотя, залезть в мотор-колесо и перепаять обмотки не представляет никакого труда, все эти мотор колеса очень легко открываются!

6.Мотор колеса отличаются по весу и условно делятся на три класса: 4.5-6кг имеют паспортную мощность около 600 – 1000 вт, в случае их использования по назначению, и КПД порядка 85%.
Мотор-колеса весом от 8 до 10 кг мощностью около 1500 – 2000 ватт. И самые мощные, до 24 кг включительно, рассчитаны на мощность до 8000 ватт.

7.Цена на голое мотор колесо (т.е. в комплекте нет ничего кроме самого мотор колеса), которое имеется в наличии в России – около 1000 руб. за каждый килограмм. Однако, после 8кг цена за килограмм начинает немного расти из-за редкости и невостребованности этих мотор колес в электротранспорте.

8.Максимальные обороты мотор-колес при эксплуатации по прямому назначению — от 200 до 400 оборотов в минуту.

Несколько ссылок на то, где лучше покупать мотор-колеса в России (у всех магазинов есть почтовая доставка и оплата наложенным платежом. По предоплате они отправляют в Израиль, Беларусь, Казахстан, Латвию, Литву, Украину):

1. www.velomotor.net – всегда в наличии голые мотор-колеса весом до 6кг.

2. motorboard.ru — мотор-колесо для электросамокатов,

3. northsidecycles.ru — много чего интересного, включая бесколлекторные электродвигатели, это по сути те же самые мотор колеса только в корпусе традиционного двигателя и со встроенным редуктором 4:1.

Теперь поговорим о конструкциях роторов для ветряков с мотор-колесом. Естественно, конструкция их может быть абсолютно любая, никаких ограничений нет. Но, какие-то подходят лучше и считаются проще для самостоятельно изготовления своего первого ветрогенератора. Абсолютным лидером тут являются вертикальные конструкции с ротором Савониуса. Этот тип конструкции очень прочен и долговечен, если построен правильно, имеет относительно небольшую скорость вращения, что важно именно в конструкции с мотор-колесом в качестве электрогенератора. Ротор Савониуса может быть легко изготовлен в домашних условиях, без возни с аэродинамическим профилем крыла и другими проблемами, связанными с изготовлением горизонтальной «пропеллерной» турбины. Более того, в отличие от турбины с горизонтальной осью, ротор Савониуса всегда ориентирован по ветру, и не сильно зависит от турбулентности, что иногда бывает сильным подспорьем.
К недостатком роторов Савониса (а их достаточное количество) обычно относят их низкий КПД, всего порядка 15%. К счастью, для конструкций с мотор-колесов наиболее подходит самый эффективный вид ротора Савониуса:

Он не только имеет аэродинамическое преимущество, так как воздушные потоки отклоняются лопастями два раза, но лопасти еще имеют некоторый аэродинамический профиль. Когда на лопасти находит поток воздуха, создается небольшая подъемная сила и, следовательно, эффективность ротора повышается. Реальные конструкции на таком профиле начинают движение при ветре, который лицом не ощущается…
Вы можете выбрать любую другую конструкцию ротора ветрогенератора, но что бы выбор был осознанный, необходимо прочитать хотя бы одну книгу о ветрогенераторах. Думаю ещё лучше две, это настоящая «Библия ветрогенераторов» и «Ветряки для чайников», качайте и читайте:

Эти книги хранятся в общедоступном формате DJView, для их прочтения вам понадобится специальная программа (возможно, она у вас уже установлена), если нет, то скачать её можно отсюда – скачать DjVuReader.

Для знающих английский язык есть совсем новая книга на английском языке, издание 2010 года. Кто не знает английского языка, может так же скачать, посмотреть картинки и убедиться, что за 50 лет в мире ветряков ничего особенного не изменилось (если не считать появления мотор-колес, конечно )))))

Как сделать ветрогенератор своими руками

Ветряные генераторы с давних пор использовались людьми в качестве недорогих и удобных источников электроэнергии, отличающихся простотой своего изготовления и высокой экологичностью. Ряды так называемых «ветряков», картинно раскинувших свои лопасти на фоне природных ландшафтов, украсили в своё время многие уголки нашей планеты, а их промышленное производство было налажено в кратчайшие сроки. И в наши дни ветрогенераторы промышленного изготовления широко применяются в тех регионах России, где эффект от их использования вполне оправдан.

Конечно же, самодельным ветряным генератором сегодня никого не удивишь. Но перед тем как сделать ветрогенератор своими руками, следует тщательного изучить данную инструкцию.

Конструкция

Предполагается, что рассматриваемая нами конструкция генератора будет состоять из следующих основных частей:

• собственно ветрогенератор, собранный на базе двигателя промышленного изготовления;
• электронный блок управления зарядкой;
• комплект соединительных проводов;
• крепёжная мачта;
• растяжки.

В качестве электрического привода в рассматриваемой конструкции используется двигатель постоянного тока, которым комплектуются некоторые модели так называемых «бегущих дорожек» (260V, 5A). При этом обратный (генераторный) эффект мы получим за счёт того, что любое устройство подобного типа в отношении формируемого им электромагнитного поля является обратимым. При наличии вращательного усилия на валу двигатель автоматически превращается в генератор.

Используемые материалы

Кроме того, для изготовления хвостовика и корпуса генератора необходимо подготовить следующие детали и расходный материал:

• Труба квадратная 25х25 мм;
• Фланец маскирующий;
• Патрубок;
• Саморезы;
• Болты;
• Шайбы;
• Скотч.

Сборка

Изготовление ветрогенератора начинаем с подготовки лопастей, которые можно вырезать из тонких полосок дюралюминия. Примерная форма лопастей генератора приведена ниже.

Перед креплением заготовки следует тщательно обработать шкуркой до получения необходимого профиля, таким образом, чтобы передняя кромка была закруглена, а задняя – оставалась заостренной.

Хвостовик делаем из жести, причём его размер и форма не играют решающей роли – главное, чтобы он был достаточно жёстким.
Затем берём снятый с беговой дорожки двигатель с прикрепленной к нему втулкой и отмечаем на нём места расположения трёх отверстий на расстоянии примерно 10 см от центра (на равном удалении друг от друга). Затем просверливаем по получившейся разметке отверстия и нарезаем резьбу под крепёжные болты.

Рекомендуем пометить место крепления каждой лопасти к втулке, что позволит вам не спутать их при сборке.

Монтаж

Окончательную сборку ветрогенератора проводим в следующей последовательности:

1. Разрежьте трубку ПВХ на две части и проложите полученным материалом то место на квадратной трубе, куда вы собираетесь крепить ваш двигатель. Расположите диодный мостик неподалёку от двигателя и закрепите его при помощи саморезов.
2. Соедините выходящий из двигателя провод черного цвета с «плюсом» диодного моста.
3. Присоедините выходящий от двигателя провод красного цвета к «минусу» моста.
4. Положение хвостовика настройте таким образом, чтобы плоскость всей системы была параллельна земле. Прилаживаем хвостовик к трубе и крепим его на ней при помощи заранее приготовленных саморезов.
5. Размещаем помеченные ранее лопасти на свои места и крепим их болтами с шайбами на втулку, причём на ближние к оси отверстия устанавливаем по две шайбы (с каждой стороны основания лопасти). Для трех наружных отверстий устанавливаем по одной шайбе (со стороны болта). После этого основательно затягиваем полученные соединения.
6. Надёжно зафиксировав вал двигателя, надеваем на него втулку с лопастями и с помощью плоскогубцев заворачиваем ее до упора, против хода часовой стрелки.
7. Затем проворачиваем патрубок к маскирующему фланцу с помощью газового ключа.
8. После этого проводим балансировку основания трубы с закреплённым на ней двигателем и хвостовиком и отмечаем точку равновесного положения.
9. В этой точке производим крепление несущего основания к мачте (для удобства вам, возможно, придется открутить для этого втулку и хвостовик).
10. Закрепляем основание на саморезы и восстанавливаем убранные ранее узлы.

Для включения ветряного устройства в рабочую электрическую сеть вам обязательно понадобится комплект проводов, контроллер зарядки батарей, амперметр и нагрузка (аккумуляторная батарея).

Что касается несущей мачты, то сразу отметим её особое значение для надёжного крепления генератора, что гарантирует его долгую и бесперебойную эксплуатацию. Этот элемент конструкции не только должен быть достаточно прочным, но ещё и обязан иметь хорошую устойчивость. Кроме того, совсем не помешает, если мачта будет оборудована простейшим механизмом опускания и подъёма основания с двигателем.

Отметим также и тот факт, что чем выше мачта – тем более сильные воздушные потоки будут доступны вашей импровизированной электростанции. Используемые для крепления мачты проволочные растяжки можно установить через каждые 5,0-5,5 м по её высоте.