O domowym wiatraku - anemometrze pisałem już na początku lata.
Jego celem było uporządkowanie gromadzenia statystyk wiatru i na ich podstawie podjęcie decyzji o budowie dużej, poważnej turbiny wiatrowej. Niestety nie było ani programisty chcącego napisać program do przetwarzania danych z anemometru, ani specjalisty od mikrokontrolerów, który by stworzył odpowiednie urządzenie. Dlatego niestety musiałem wizualnie obserwować wiatr, ponieważ wiatrowskaz był zawsze w zasięgu wzroku. I niestety te obserwacje są niezwykle przygnębiające...
Faktem jest, że wiatr w środkowej strefie europejskiej części Rosji charakteryzuje się ekstremalnymi turbulencjami w warstwach powierzchniowych. Dosłownie w ciągu 3-5 minut wiatrak wielokrotnie się zatrzymuje (lub znacznie zwalnia) i kręci się tak, że łopaty nie są widoczne. Jednocześnie zmienia się kierunek wiatru w sektorze do 90-120 stopni. Niezwykle rzadko zdarzają się dni, w których wieje stosunkowo silny i stały wiatr. Przez całe lato w mojej okolicy były tylko 4 takie dni. Było kilka spokojnych dni. W pozostałej części wiatr był bardzo burzliwy, zarówno pod względem prędkości, jak i kierunku.
W takich warunkach budowanie „globalnego” generatora wiatrowego (1-2 kW i więcej) jest całkowicie pozbawione sensu. Nie tylko nigdy się to nie zwróci, ale ogólnie będzie działać słabo. Ponieważ potężny generator będzie wymagał dużych łopatek i będą miały dużą bezwładność, a zatem „przepuszczają” podmuchy silnego wiatru. Te. po prostu nie będą mieli czasu na odpoczynek. Czasami takie porywy, niosące główną siłę „przeciętnego” przepływu wiatru, trwają tylko 15-30 sekund.
Ponadto każdy obracający się obiekt ma znaczny moment bezwładności w płaszczyźnie obrotu i jest w rzeczywistości żyroskopem. Mam nadzieję, że czytelnik pamięta prosty szkolny eksperyment demonstrujący efekt żyroskopowy za pomocą koła rowerowego. Po rozkręceniu z łatwością trzyma się go dosłownie „dwoma palcami” za jeden z wystających końcówek jego osi. A niezwykle trudno jest obrócić go na bok i sprawić, że wiruje w innej płaszczyźnie. Mniej więcej to samo stanie się ze śmigłem wiatraka, gdy zmieni się kierunek wiatru. Zarówno oś, jak i łopaty śmigła będą poddawane monstrualnym bocznym obciążeniom przemiennym.
Okoliczności te właściwie przekreśliły nadzieje na przetrwanie z jednym dużym wiatrakiem. Oczywiście, że to zadziała. Ale rzadko i głupio. Przy słabych, turbulentnych wiatrach nadal będzie produkować niewielką ilość energii, a przy silnym wietrze nie będziesz wiedział, co zrobić z nadmiarem. I oczywiście należy zapomnieć o jego zemście. To będzie po prostu droga i piękna zabawka, najgłupsza inwestycja pieniędzy i pracy, jaką możesz sobie wyobrazić.
Obiecujące projekty turbin wiatrowych to małe generatory wiatrowe o małej mocy, które mają prawie zerową bezwładność. To oni są w stanie pozyskać z wiatru niemal całą energię, jaką on niesie. Tak, aby mieli czas na szybkie odprężenie i przećwiczenie zmiany halsu. I otrzymać duża moc potrzebny będzie rodzaj farmy wiatrowej generatory wiatrowe, umiejscowione na masztach o różnej wysokości (aby nie zasłaniały się wzajemnie przed wiatrem). Nawiasem mówiąc, to znacznie zwiększy odporność na burzę, rozwiąże problemy z potężnymi ciężkimi masztami i odciągami (maszty będą się trzymać) oraz z niezawodnością „elektrowni” - w końcu wszystkie generatory nie mogą się zepsuć raz i planowane naprawy i konserwacja nie doprowadzą do kropka zdolności wytwórczych.
Dochodząc do tak rozczarowujących wniosków, postanowiłem przerobić mój anemometr na działający model generatora wiatrowego. Te. zamiast głupio rozważać wiatrowskaz, zacznij czerpać z niego praktyczne korzyści. Co więcej, generator wiatrowy jest silnikiem krokowym o 200 „krokach” na obrót i dość szybko generuje prąd nawet przy niskich prędkościach. Moc generatora wynosi około 7-8 watów
Przede wszystkim konieczna była wymiana łopatek na mniej bezwładne. Dmuchawy z wentylatora są nadal dość ciężkie. Z pozostałości odlewu duraluminiowego do okien plastikowych wykonałem nowe łopaty wiatraka. Średnica śmigła wynosi około 50 centymetrów, co gwarantuje maksymalną moc generatora nawet przy wietrze o prędkości 4 m/s. Z grubej sklejki wyciąłem trójkąt. Wkleiłem do niego tulejkę (z żywicą epoksydową), której średnica wewnętrzna pokrywała się ze średnicą osi silnika krokowego. Po dokładnym zaznaczeniu wykonałem nacięcia w „kokpicie” ze sklejki i wkleiłem ostrza w szczeliny. Dodatkowo zabezpieczyłem je małymi śrubkami. Dopóki żywica epoksydowa nie twardniała, starałem się jak najbardziej wyważyć śrubę, aby nie wibrowała podczas obracania się. Po stwardnieniu żywicy epoksydowej ponownie sprawdziłem wyważenie i doprowadziłem do perfekcji, wycinając cienkie paski duraluminium z krawędzi ostrzy.
Ogólnie rzecz biorąc, małe generatory wiatrowe mają przyjemną właściwość. Praktycznie nie ma sensu zawracać sobie głowy najbardziej skomplikowanymi obliczeniami KIJOWA, profili ostrzy i ich produkcji. Te najprostsze, płaskie sprawdzą się doskonale. A wymaganą moc można uzyskać po prostu je wydłużając (a tym samym zwiększając obszar zamiatania).
Wszystko to sprawia, że generator wiatrowy jest niezwykle tańszy, a jego produkcja i użytkowanie ma sens. W szczególności spędziłem na moim około 3-4 godziny (łącznie z wiatrowskazem) i nie wziąłem pod uwagę czasu polimeryzacji żywicy epoksydowej. Koszty wyniosły „zero”, ponieważ wszystko zostało wykonane „ze śmieci”, czyli tzw. materiały złomowe.
Wydawałoby się, gdzie można takiego użyć generator małej mocy? W przyszłości zamierzam go używać do... podgrzewania wody. A raczej, aby zrekompensować utratę ciepła wody podgrzewanej przez słońce. Najprostsza kalkulacja pokazuje absolutną słuszność moich nadziei.
Załóżmy, że jest pewien zbiornik - termos 50 litrów, do którego wieczorem spuszczana jest woda podgrzana do 50 stopni z kolektora słonecznego. Rozmiar zbiornika wynosi około 40 x 40 x 40 cm W związku z tym powierzchnia będzie równa 1 kwadratowi. metr Zbiornik otoczony jest izolacją termiczną z DO przewodność cieplna 0,15 W/m*stopień i grubość 30 cm, a straty ciepła wyniosą około 0,5 W/stopień. Te. aby utrzymać różnicę temperatur 20-25 stopni pomiędzy gorącą wodą w termosie a otaczającym powietrzem, wystarczy generator o mocy zaledwie 10-15 W! Kompensuje utratę ciepła, a raz podgrzana woda nigdy nie ostygnie. A jeśli będzie silny wiatr, to też się ociepli.
Teraz mój generator kręci się bez obciążenia, przechodząc „próby morskie”. Ale w najbliższej przyszłości zmuszę go do naładowania akumulatorów w oświetleniu wiejskiej toalety i oświetleniu ścieżki do niej. W przeciwnym razie przeciąganie tam kabla sieciowego jest leniwe i trudne, a ja już mam dość wymiany baterii w chińskiej latarni.
Wiatr to darmowa energia! Wykorzystajmy go więc do celów osobistych. Jeżeli utworzenie farmy wiatrowej na skalę przemysłową jest bardzo kosztowne, ponieważ oprócz generatora konieczne jest przeprowadzenie szeregu badań i obliczeń, państwo nie ponosi takich kosztów i z jakiegoś powodu inwestorzy w krajach byłego ZSRR nie są szczególnie interesujące. Wtedy prywatnie można wykonać mini wiatrak na własne potrzeby. Warto zrozumieć, że projekt konwersji domu na energię alternatywną jest przedsięwzięciem bardzo kosztownym.
Jak już wspomniano: należy przeprowadzić długoterminowe obserwacje i obliczenia, aby wybrać optymalny stosunek wielkości koła wiatrowego do generatora, odpowiedni dla Twojego klimatu, róży wiatrów i średniej rocznej prędkości wiatru.
Sprawność elektrowni wiatrowej w obrębie jednego regionu może znacznie się różnić, wynika to z faktu, że ruch wiatru zależy nie tylko od strefy klimatycznej, ale także od ukształtowania terenu.
Możesz jednak dowiedzieć się, jaka energia wiatrowa jest przy minimalnych kosztach, montując budżetową instalację do zasilania obciążenia o małej mocy, takiego jak smartfon, żarówki lub radio. Przy odpowiednim podejściu możesz dostarczyć prąd do małego domu lub domku letniskowego.
Przyjrzyjmy się, jak wykonać prostą instalację wiatrowo-elektryczną własnymi rękami.
Wiatraki małej mocy wykonane z improwizowanych środków
Chłodnica komputerowa to silnik bezszczotkowy, który w swojej pierwotnej postaci nie ma żadnej wartości praktycznej.
Należy go przewinąć, ponieważ w oryginale uzwojenia są podłączone nieprawidłowo. Nawiń cewki jedna po drugiej:
Zgodnie ze wskazówkami zegara;
Przeciwnie do ruchu wskazówek zegara;
Zgodnie ze wskazówkami zegara;
Przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
Sąsiednie cewki należy połączyć szeregowo lub jeszcze lepiej nawinąć jednym kawałkiem drutu przechodzącym z jednego rowka na drugi. W takim przypadku grubość drutu należy wybrać dowolnie; lepiej będzie, jeśli nawiniesz jak najwięcej zwojów, a jest to możliwe przy użyciu najcieńszego drutu.
Napięcie wyjściowe z takiego generatora będzie zmienne, a jego wartość będzie zależała od prędkości (prędkości wiatru), zainstaluj mostek diodowy z diod Schottky'ego, aby go wyprostować na stałe, wystarczą zwykłe diody, ale będzie gorzej, bo napięcie na nich spadnie z 1 do 2 woltów.
Dygresja liryczna, trochę teorii
Pamiętaj, że wielkość pola elektromagnetycznego jest równa:
gdzie L jest długością przewodnika umieszczonego w polu magnetycznym; V to prędkość obrotowa pola magnetycznego;
Modernizując generator, możesz wpływać jedynie na długość przewodu, to znaczy liczbę zwojów każdej cewki. Liczba zwojów określa napięcie wyjściowe, a grubość drutu określa maksymalne obciążenie prądowe.
W praktyce nie ma możliwości wpływania na prędkość wiatru. Istnieje jednak również wyjście z tej sytuacji; po ustaleniu typowej prędkości wiatru dla Twojego obszaru możesz zaprojektować śmigło odpowiednie do prędkości instalacji wiatrowo-elektrycznej, a także przekładnię lub napęd pasowy, aby zapewnić wystarczające prędkość, aby wygenerować wymagane napięcie.
WAŻNY: Szybciej nie znaczy lepiej!!! Kiedy też wysoka prędkość obrót generatora wiatrowego skróci jego żywotność, pogorszą się właściwości smarne tulei lub łożysk wirnika, zablokuje się i najprawdopodobniej nastąpi uszkodzenie izolacji uzwojeń w generatorze
Generator składa się z:
Zwiększenie mocy generatora z chłodnicy komputerowej
Po pierwsze, im więcej łopatek i średnicy koła, tym lepiej, więc przyjrzyj się bliżej chłodnicom 120 mm.
Po drugie, powiedzieliśmy już, że napięcie zależy również od pola magnetycznego; faktem jest, że generatory przemysłowe dużej mocy mają uzwojenia wzbudzenia, a generatory małej mocy mają silne magnesy. Magnesy w chłodnicy są wyjątkowo słabe i nie pozwalają dobre wyniki z generatora, a szczelina między wirnikiem a stojanem jest bardzo duża - około 1 mm, i to przy już słabych magnesach.
Rozwiązaniem tego problemu jest radykalna zmiana konstrukcji generatora. Dokładniej, do chłodnicy potrzebny będzie jedynie wirnik; jako sam generator możemy zastosować silnik z drukarki lub innego urządzenia gospodarstwa domowego. Najpopularniejsze silniki szczotkowe są wzbudzane przez magnesy trwałe.
W efekcie będzie to wyglądać tak.
Moc takiego generatora wystarcza do zasilania diod LED i odbiornika radiowego. Naładowanie telefonu nie wystarczy, telefon wyświetli proces ładowania, ale prąd będzie bardzo mały, do 100 amperów, przy wietrze o prędkości 5-10 metrów na sekundę.
Silniki krokowe jako generator wiatrowy
Silniki krokowe bardzo często spotykane są w sprzęcie komputerowym i AGD, w różnych odtwarzaczach, stacjach dyskietek (ciekawe są stare modele 5,25”), drukarkach (szczególnie igłowych), skanerach itp.
Silniki te mogą bez modyfikacji pracować jako generator; są wyposażone w wirnik magnesy trwałe i stojan z uzwojeniami, typowy schemat znajomości silnik krokowy w trybie generatora pokazano na rysunku.
W obwodzie znajduje się 5-woltowy stabilizator liniowy typu L7805, który pozwoli bezpiecznie podłączyć telefony komórkowe do takiego wiatraka w celu ich naładowania.
Na zdjęciu generator wykonany z silnika krokowego z zamontowanymi łopatkami.
Silnik w konkretnym przypadku ma 4 przewody wyjściowe, schemat jest dla niego odpowiedni. Silnik o takich gabarytach w trybie generatora wytwarza około 2 W przy słabym wietrze (prędkość wiatru około 3 m/s) i 5 m/s przy silnym wietrze (do 10 m/s).
Nawiasem mówiąc, tutaj jest podobny obwód z diodą Zenera zamiast L7805. Umożliwia ładowanie akumulatorów litowo-jonowych.
Udoskonalenie domowego wiatraka
Aby generator działał wydajniej, należy wykonać dla niego trzpień prowadzący i zamocować go ruchomo na maszcie. Następnie, gdy zmieni się kierunek wiatru, zmieni się kierunek generatora wiatrowego. Wtedy powstaje następny problem- kabel prowadzący od generatora do odbiornika będzie owinięty wokół masztu. Aby rozwiązać ten problem, musisz zapewnić ruchomy kontakt. Gotowe rozwiązanie sprzedawane jest na Ebayu i Aliexpress.
Dolne trzy przewody są nieruchome i schodzą w dół, a górna wiązka przewodów jest ruchoma; wewnątrz zainstalowany jest styk ślizgowy lub mechanizm szczotkowy. Jeśli nie masz możliwości zakupu, bądź mądry i zainspirowany decyzją projektantów samochodu Zhiguli, a mianowicie wdrożeniem ruchomego styku przycisku sygnału na kierownicy, i zrób coś podobnego. Lub użyj podkładki kontaktowej z czajnika elektrycznego.
Łącząc złącza uzyskujemy ruchomy styk.
Potężny generator wiatrowy wykonany z improwizowanych środków.
Aby uzyskać większą moc, możesz skorzystać z dwóch opcji:
1. Generator ze śrubokręta (10-50 W);
Jedyne, czego potrzebujesz od śrubokręta, to silnik, opcja jest podobna do poprzedniej, możesz użyć łopatek wentylatora jako śruby, zwiększy to ostateczną moc Twojej instalacji.
Oto przykład takiego projektu:
Zwróćcie uwagę na sposób realizacji nadbiegu przekładni - wał generatora wiatrowego umieszczony jest w rurze, na jego końcu znajduje się przekładnia przekazująca obroty na mniejsze koło zębate zamontowane na wale silnika. Wzrost prędkości obrotowej silnika występuje także w przemysłowych elektrowniach wiatrowych. Skrzynie biegów są używane wszędzie.
Jednak w domowych warunkach wykonanie skrzyni biegów staje się dużym problemem. Skrzynię biegów można wyjąć z elektronarzędzia, jest ona tam potrzebna do obniżenia wysokie obroty na wale silnika komutatorowego przy normalnej prędkości obrotowej uchwytu wiertarki lub tarczy szlifierki kątowej:
Wiertarka posiada przekładnię planetarną;
Szlifierka kątowa wyposażona jest w przekładnię kątową (przyda się przy montażu niektórych instalacji i zmniejszy obciążenie ogona turbiny wiatrowej);
Skrzynia biegów z wiertarki ręcznej.
Ta wersja domowego generatora wiatrowego może już ładować akumulatory 12 V, ale do uformowania potrzebny jest konwerter prąd ładowania i napięcie. Zadanie to można uprościć wykorzystując generator samochodowy.
Zaletą takiego generatora jest możliwość wykorzystania go do ładowania akumulatory samochodowe w zasadzie do tego właśnie jest przeznaczony. Autogeneratory posiadają wbudowany przekaźnik regulatora napięcia, co eliminuje konieczność zakupu dodatkowych stabilizatorów czy przetwornic.
Jednak miłośnicy samochodów wiedzą, że na niskim poziomie prędkość biegu jałowego, około 500-1000 obr/min, moc takiego generatora jest mała i nie zapewnia odpowiedniego prądu do ładowania akumulatora. Wiąże się to z koniecznością połączenia z kołem wiatrowym poprzez przekładnię lub napęd pasowy.
Za pomocą tego wyboru możesz dostosować liczbę obrotów przy prędkości wiatru normalnej dla Twojej szerokości geograficznej przełożenie lub za pomocą odpowiednio zaprojektowanego koła wiatrowego.
Przydatne porady
Być może najwygodniejszy projekt powtórzenia masztu dla turbiny wiatrowej pokazano na rysunku. Taki maszt napinany jest na kablach przymocowanych do uchwytów w ziemi, co zapewnia stabilność.
Ważny: Wysokość masztu powinna być jak najwyższa, około 10 metrów. Na większych wysokościach wiatr jest silniejszy, gdyż nie ma dla niego przeszkód w postaci konstrukcji naziemnych, wzniesień i drzew. Pod żadnym pozorem nie instaluj generatora wiatrowego na dachu domu. Drgania rezonansowe konstrukcji mocujących mogą spowodować zniszczenie jej ścian.
Zadbaj o niezawodność masztu nośnego, ponieważ konstrukcja wiatraka opartego na takim generatorze staje się znacznie cięższa i jest już dość poważnym rozwiązaniem, które może zapewnić autonomiczne zasilanie daczy przy minimalnym zestawie urządzeń elektrycznych. Urządzenia pracujące na napięciu 220 V można zasilać z falownika 12-220 V. Najbardziej popularną wersją takiego falownika jest.
Lepiej jest używać generatorów diesla, m.in. samochody ciężarowe, ponieważ są zaprojektowane do pracy przy niskich prędkościach. Przeciętny silnik wysokoprężny duża ciężarówka pracuje w zakresie prędkości obrotowych od 300 do 3500 obr./min.
Nowoczesne generatory wytwarzają napięcie 12 lub 24 woltów, a prąd o natężeniu 100 amperów od dawna stał się normą. Po wykonaniu prostych obliczeń można stwierdzić, że taki generator da maksymalnie do 1 kW mocy, a generator z Łady (12 V 40-60 A) 350-500 W, co już jest całkiem niezłe przyzwoita figura.
Jakie powinno być koło wiatrowe do domowej turbiny wiatrowej?
Wspomniałem w tekście, że koło wiatrowe powinno być duże i mieć dużą liczbę łopatek, w rzeczywistości tak nie jest. To stwierdzenie było prawdziwe w przypadku tych mikrogeneratorów, które nie udają, że są poważne maszyny elektryczne, ale raczej kopie w celach informacyjnych i rekreacyjnych.
W rzeczywistości zaprojektowanie, obliczenie i wykonanie koła wiatrowego jest bardzo trudnym zadaniem. Energia wiatru będzie wykorzystywana bardziej racjonalnie, jeśli zostanie wykonana bardzo precyzyjnie, a profil „lotniczy” będzie idealnie zaprojektowany i powinien być zamontowany pod minimalnym kątem do płaszczyzny obrotu koła.
Rzeczywista moc kół wiatrowych o tej samej średnicy i różnej liczbie łopatek jest taka sama, jedyną różnicą jest prędkość ich obrotu. Im mniej skrzydeł, tym kolejne rewolucje na minutę, przy tym samym wietrze i średnicy. Jeśli zamierzasz osiągnąć maksymalną prędkość, musisz zamontować skrzydła tak dokładnie, jak to możliwe, pod minimalnym kątem do płaszczyzny ich obrotu.
Spójrzcie na tabelę z książki „Domowa Elektrownia Wiatrowa” z 1956 roku wyd. DOSAAF Moskwa. Pokazuje zależność pomiędzy średnicą koła, mocą i obrotami.
W domu te teoretyczne obliczenia są mało przydatne; amatorzy wykonują koła wiatrowe z improwizowanych środków, używając:
Arkusze metalowe;
Plastikowe rury kanalizacyjne.
Szybkie koło wiatrowe z 2-4 ostrzami możesz zamontować własnymi rękami z rur kanalizacyjnych; ponadto potrzebujesz piły do metalu lub innego narzędzia tnącego. O zastosowaniu tych rur decyduje ich kształt, po docięciu mają one kształt wklęsły, co zapewnia dużą czułość na przepływ powietrza.
Po przycięciu mocuje się je ŚRUBAMI na półfabrykacie metalowym, tekstolitowym lub sklejkowym. Jeśli zamierzasz zrobić ją ze sklejki, lepiej ją ponownie skleić i przykręcić kilka warstw sklejki po obu stronach śrubami, wtedy będziesz w stanie uzyskać sztywność.
Oto pomysł na dwułopatkowy wirnik stały do generatora silnika krokowego.
wnioski
Można wykonać instalację wiatrowo-elektryczną zaczynając od małych mocy - jednostek W, aż po moc indywidualną Lampy LED, latarnie ostrzegawcze i drobny sprzęt, aż do dobrych wartości mocy w jednostkach kilowatów, gromadzą energię w akumulatorze, wykorzystują ją w oryginalnej formie lub przekształcają na 220 woltów. Koszt takiego projektu będzie zależał od Twoich potrzeb; być może najdroższym elementem jest maszt i akumulatory, które mogą wynosić od 300 do 500 dolarów.
Stworzenie generatora wiatrowego niekoniecznie oznacza wytworzenie dużego i wydajnego kompleksu zdolnego do dostarczenia energii elektrycznej całemu domowi lub grupie odbiorców. Możliwe jest wykonanie, co w rzeczywistości jest działającym modelem poważnej instalacji. Celem takiego wydarzenia może być:
- Wprowadzenie do podstaw energetyki wiatrowej.
- Wspólne zajęcia edukacyjne z dziećmi.
- Próbka eksperymentalna przed budową dużej instalacji.
Stworzenie takiego wiatraka nie będzie wymagało użycia dużej liczby materiałów ani narzędzi, można to zrobić za pomocą improwizowanych środków. Nie można liczyć na wygenerowanie znacznych ilości energii, ale może ona wystarczyć do zasilenia małej lampki LED. Głównym problemem występującym podczas tworzenia jest generator. Trudno jest go stworzyć samodzielnie, ponieważ wymiary urządzenia są niewielkie. Najłatwiejszy w użyciu jest , który pozwala na użycie go w trybie generatora.
Domowy wiatrak oparty na silniku krokowym
Najczęściej kiedy produkcja generatorów wiatrowych małej mocy stosowane są silniki krokowe. Osobliwością ich konstrukcji jest obecność kilku uzwojeń. Zazwyczaj, w zależności od wielkości i przeznaczenia, silniki wykonywane są z 2, 4 lub 8 uzwojeniami (fazami). Po przyłożeniu do nich napięcia wał obraca się odpowiednio pod pewnym kątem (krokiem).
Zaletą silników krokowych jest ich zdolność do wytwarzania wystarczająco dużego prądu przy niskich prędkościach obrotowych. Wirnik można zainstalować na generatorze silnika krokowego bez żadnych urządzeń pośrednich - przekładni, skrzyń biegów itp. Energia elektryczna będzie generowana z taką samą wydajnością, jak w urządzeniach innych konstrukcji wykorzystujących nadbiegi.
Różnica w prędkościach jest dość znaczna - aby uzyskać ten sam wynik, np. silnik komutatorowy, wymagana będzie prędkość obrotowa 10 lub 15 razy większa.
Uważa się, że za pomocą generatora z silnikiem krokowym można ładować akumulatory lub akumulatory telefony komórkowe, ale w praktyce pozytywne wyniki obserwuje się niezwykle rzadko. Zasadniczo uzyskuje się źródła zasilania dla małych lamp.
Wady silników krokowych obejmują znaczną siłę potrzebną do rozpoczęcia obrotu. Ta okoliczność zmniejsza czułość całego systemu, co można nieco skorygować, zwiększając powierzchnię i rozpiętość ostrzy.
Takie silniki można znaleźć w starych stacjach dyskietek, skanerach czy drukarkach. Alternatywnie możesz kupić nowy silnik, jeśli jest w magazynie żądane urządzenie nie okaże się. Aby uzyskać większy efekt, należy wybrać większe silniki; są one w stanie wytworzyć napięcie wystarczająco duże, aby je jakoś wykorzystać.
Generator wiatrowy wykonany z części z drukarki
Jeden z odpowiednie opcje- zastosowanie silnika krokowego z drukarki. Można go usunąć z uszkodzonego starego urządzenia; każda drukarka ma co najmniej dwa takie silniki. Alternatywnie możesz kupić nowy, który nie był używany. Jest w stanie wygenerować około 3 watów mocy nawet przy słabym wietrze, typowym dla większości regionów Rosji. Napięcie, które można osiągnąć, wynosi 12 V lub więcej, co pozwala uznać urządzenie za ładowarkę akumulatorów.
Silnik krokowy kwestie Napięcie prądu przemiennego. Użytkownik musi go najpierw wyprostować. Będziesz musiał stworzyć prostownik diodowy, który będzie wymagał 2 diod na każdą cewkę. Można także bezpośrednio podłączyć diodę LED do zacisków cewki, jeśli prędkość obrotowa jest wystarczająca, to wystarczy.
Najłatwiejszy sposób montażu wirnika wirnika odbywa się bezpośrednio na wale silnika. Aby to zrobić, konieczne jest wykonanie części środkowej, która będzie ściśle przylegać do wału. Aby wzmocnić mocowanie wirnika, należy wywiercić otwór i wyciąć w nim gwint. Następnie wkręcona zostanie w nią śruba blokująca.
Do produkcji ostrzy zwykle stosuje się polipropylenowe rury kanalizacyjne lub inne odpowiednie materiały. Głównym warunkiem jest niska waga i wystarczająca wytrzymałość, ponieważ ostrza czasami zyskują całkiem przyzwoitą prędkość. Użycie niepewnych materiałów może spowodować niepożądaną sytuację, w której wirnik rozpadnie się podczas pracy.
Ostrza
Zwykle wykonuje się 2 ostrza, ale można je również wykonać duża ilość. Trzeba o tym pamiętać duża powierzchnia łopat zwiększa KIJÓW wiatraka, ale równolegle wzrasta obciążenie czołowe wirnika przenoszone na wał silnika. Nie zaleca się również wykonywania małych ostrzy, ponieważ nie będą one w stanie pokonać zakleszczenia wału podczas rozpoczynania obrotu.
Aby móc obracać wiatrak wokół osi pionowej, musisz wykonać specjalną jednostkę. Trudność polega na tym, że należy upewnić się, że kabel wychodzący z generatora nie porusza się. Ponieważ urządzenie ma raczej cel dekoracyjny, zwykle podchodzą do problemu w prostszy sposób - instalują odbiornik bezpośrednio na korpusie generatora, eliminując obecność długiego kabla. W przeciwnym razie trzeba będzie zainstalować system przypominający zbieracz szczotek, co jest nieracjonalne i czasochłonne.
Maszt
Zmontowany wiatrak należy zamontować na wysokości co najmniej 3 metrów. Wiatry przepływające w pobliżu powierzchni ziemi mają niestabilny kierunek spowodowany turbulencjami. Podniesienie go do określonej wysokości pomoże uzyskać bardziej równomierne przepływy. Dla samodzielny montaż stabilizator ogonowy jest instalowany na wietrze wzdłuż osi obrotu, pełniąc rolę wiatrowskazu. Wykonany jest z dowolnego kawałka plastiku, płyty aluminiowej lub innego dostępnego materiału.
Silnik krokowy (SM) do drukarki nadaje się jako generator do wiatraka. Nawet przy niskiej prędkości obrotowej wytwarza około 3 watów mocy. Napięcie może wzrosnąć powyżej 12 V, co umożliwia ładowanie małego akumulatora.
Zasady użytkowania
Turbulencje wiatru w warstwach powierzchniowych, charakterystyczne dla klimatu rosyjskiego, prowadzą do ciągłych zmian jego kierunku i intensywności. Generatory wiatrowe duże rozmiary, którego moc przekracza 1 kW, będzie bezwładny. W rezultacie nie będą mieli czasu na pełny odpoczynek, gdy zmieni się kierunek wiatru. Utrudnia to również moment bezwładności w płaszczyźnie obrotu. Kiedy boczny wiatr oddziałuje na pracującą turbinę wiatrową, ulega ona ogromnym obciążeniom, co może doprowadzić do jej szybkiej awarii.
Wskazane jest zastosowanie samodzielnie wykonanego generatora wiatrowego małej mocy, który ma niewielką bezwładność. Za ich pomocą można naładować akumulatory telefonów komórkowych o małej mocy lub wykorzystać je do oświetlenia daczy diodami LED.
W przyszłości lepiej skupić się na odbiornikach, które nie wymagają konwersji wytworzonej energii, np. na podgrzanie wody. Kilkadziesiąt watów energii może wystarczyć do utrzymania temperatury gorącej wody lub dodatkowe ogrzewanie ogrzewanie, aby zimą nie zamarzło.
Część elektryczna
Jako generator możesz zainstalować silnik krokowy (SM) do drukarki w wiatraku.
Nawet przy niskiej prędkości obrotowej wytwarza około 3 watów mocy. Napięcie może wzrosnąć powyżej 12 V, co umożliwia ładowanie małego akumulatora. Inne generatory działają skutecznie przy prędkości obrotowej większej niż 1000 obr/min, ale one się nie sprawdzą, ponieważ wiatrak obraca się z prędkością 200-300 obr/min. Tutaj potrzebna jest skrzynia biegów, ale stwarza ona dodatkowy opór, a także wiąże się z wysokimi kosztami.
W trybie generatora silnik krokowy wytwarza prąd przemienny, który można łatwo przekształcić w prąd stały za pomocą pary mostków diodowych i kondensatorów. Obwód można łatwo złożyć własnymi rękami.
Instalując stabilizator za mostkami, uzyskujemy stałe napięcie wyjściowe. Do kontroli wizualnej można także podłączyć diodę LED. Aby zmniejszyć straty napięcia, do ich prostowania stosuje się diody Schottky'ego.
W przyszłości możliwe będzie stworzenie turbiny wiatrowej z mocniejszym silnikiem. Taki generator wiatrowy będzie miał wysoki moment rozruchowy. Problem można wyeliminować odłączając obciążenie podczas rozruchu i przy niskich prędkościach.
Jak zrobić generator wiatrowy
Ostrza można wykonać samodzielnie z rury PCV. Wymaganą krzywiznę wybiera się, jeśli przyjmie się ją o określonej średnicy. Półfabrykat ostrza jest rysowany na rurze, a następnie wycinany za pomocą tarczy tnącej. Rozpiętość śmigła wynosi około 50 cm, a szerokość łopatek wynosi 10 cm. Następnie należy doszlifować tuleję z kołnierzem do wielkości wału silnika.
Montowany jest na wale silnika i dodatkowo mocowany śrubami, a do kołnierzy mocowane są plastikowe łopatki. Zdjęcie pokazuje dwa ostrza, ale można zrobić cztery, przykręcając dwa kolejne podobne pod kątem 90°. Aby uzyskać większą sztywność, pod łbami śrub należy zamontować wspólną płytkę. Spowoduje to mocniejsze dociśnięcie ostrzy do kołnierza.
Produkty z tworzyw sztucznych nie trwają długo. Takie łopaty nie wytrzymają długotrwałego wiatru o prędkości większej niż 20 m/s.
Generator wkładany jest do kawałka rury, do której jest przykręcony.
Na końcu rury przymocowana jest wiatrowskaz, który jest ażurową i lekką konstrukcją wykonaną z duraluminium. Generator wiatrowy wsparty jest na spawanej osi pionowej, która jest wsuwana w rurę masztu z możliwością obrotu. Aby zmniejszyć tarcie, pod kołnierzem można zamontować łożysko oporowe lub podkładki polimerowe.
W większości projektów wiatrak zawiera prostownik, który jest przymocowany do ruchomej części. Jest to niepraktyczne ze względu na wzrost bezwładności. Tablicę elektryczną można umieścić na dole i do niej sprowadzić przewody z generatora. Zwykle z silnika krokowego wychodzi do 6 przewodów, odpowiadających dwóm cewkom. Wymagają pierścieni ślizgowych do przenoszenia energii elektrycznej z ruchomej części. Montaż na nich pędzli jest dość trudny. Mechanizm odbioru prądu może być bardziej złożony niż sam generator wiatrowy. Lepiej byłoby też ustawić wiatrak tak, aby wał generatora był ustawiony pionowo. Wtedy przewody nie będą owinięte wokół masztu. Takie generatory wiatrowe są bardziej złożone, ale ich bezwładność jest zmniejszona. Przekładnia stożkowa byłaby właśnie tutaj. W takim przypadku możesz zwiększyć prędkość wału generatora, wybierając niezbędne koła zębate własnymi rękami.
Po zabezpieczeniu wiatraka na wysokości 5-8 m można przystąpić do przeprowadzania testów i zbierania danych na temat jego możliwości, aby w przyszłości zamontować bardziej zaawansowaną konstrukcję.
Obecnie popularne stają się generatory wiatrowe o osi pionowej.
Niektóre konstrukcje dobrze wytrzymują nawet huragany. Połączone konstrukcje, które działają przy każdym wietrze, sprawdziły się dobrze.
Wniosek
Generator wiatrowy małej mocy działa niezawodnie dzięki małej bezwładności. Można go łatwo wykonać w domu i służy głównie do ładowania małych akumulatorów. Może przydać się w wiejskim domu, na wsi, czy na biwaku, gdy pojawią się problemy z prądem.
Dodatkowym źródłem energii elektrycznej może stać się generator wiatrowy w domu. Będzie to szczególnie przydatne w przypadkach, gdy zasilanie jest wyłączone i trzeba naładować urządzenie. Możesz podłączyć taki generator wiatrowy do latarni ulicznej na podwórku, oszczędzając jednocześnie energię elektryczną. Ogólnie rzecz biorąc, urządzenie to zawsze może być używane w gospodarstwie. Co więcej, można go wykonać praktycznie ze złomu.
W tym artykule dowiesz się, jak zrobić prosty generator wiatrowy z silnika krokowego.
Co jest potrzebne do montażu generatora wiatrowego?
Aby złożyć generator wiatrowy z silnika krokowego, potrzebne będą następujące części:
- sam silnik;
- metalowa blacha;
- rura aluminiowa;
- kołnierz (1/4");
- kwadratowa rura;
- ostrze piły;
- szpilka;
- zaciski (można używać z samochodu);
- Rury PCV różne rozmiary(np. 8x4, 30x8);
- podkładki, śruby itp. do części mocujących;
- diody.
Narzędzia, które się przydadzą to piła do metalu, klucz nastawny i gazowy, papier ścierny, taśma miernicza, wiertarka, kątomierz i taśma miernicza.
Zasada działania generatora wiatrowego
Nie warto wdawać się w szczegóły działania generatora wiatrowego wykonanego z silnika krokowego. Wszakże wszystkie takie generatory mają tę samą zasadę działania: wiatr powoduje obrót łopatek wiatraka, w wyniku czego zaczyna pracować generator, który wytwarza prąd.
Produkcja generatora wiatrowego
Pierwszą rzeczą, od której należy zacząć, jest wycięcie ostrzy. W tym celu użyjemy rur PCV.
Na co należy zwrócić uwagę podczas cięcia ostrzy?
- Długość każdego ostrza - im dłuższe, tym łatwiej będą się kręcić przy słabym wietrze, ale będą też miały dość niską prędkość obrotową.
- Obrót będzie większy na końcach łopatek generatora – należy to wziąć pod uwagę wcześniej i obliczyć stosunek prędkości wiatru do prędkości obrotowej łopatek.
- Pamiętaj, że moc uzyskana z wiatru będzie równa prędkości wiatru do trzeciej potęgi. Choć nie zapominajmy o prawie Betza, które mówi, że z energii wiatru można pozyskać około 59,3 proc. energii.
- Im wyżej wiatrak zostanie podniesiony nad ziemię, tym będzie bardziej wydajny (wygeneruje więcej energii).
Nie będzie możliwości zrobienia ostrzy duże problemy. Aby to zrobić, musisz przeciąć rurę PCV na trzy części: dwie pod kątem 150 stopni i jedną pod kątem 60, jak pokazano na zdjęciach.
Należy pamiętać, że do szerokich ostrzy nadają się dwa kawałki rury (150 0). W razie potrzeby można je przyciąć do żądanej szerokości.
Kolejnym zadaniem jest wykonanie piasty – zespołu mocowania ostrza. Do tych celów nadaje się brzeszczot ze szlifowanymi zębami. Będziesz musiał zrobić w nim sześć otworów (trzy grupy po 2 w każdej). Otwory wykonuje się z przesunięciem 120 0, a odległość między nimi w jednej grupie powinna wynosić około cala. Rozmieszczenie otworów na dysku pokazano na rysunku:
W tym przypadku używamy trzech ostrzy, chociaż można zainstalować sześć: wtedy grupy otworów zostaną przesunięte o 60 0. Przykręcamy ostrza do przygotowanego dysku z otworami - mocujemy je śrubami i nakrętkami.
Kolejnym etapem pracy jest zawias do obrotu i wiatrowskaz. Przyda nam się również obrotowa platforma, na której zamocujemy generator. Wszystko będzie wyglądać tak:
Aby wykonać ten projekt, potrzebujesz kwadratowej rury PCV, kawałka blachy i kołnierza. Wycinamy „ogon” generatora wiatrowego z żelaza. W kwadratowej rurze wykonujemy nacięcie o długości 20-25 centymetrów i wkładamy tam naszą wiatrowskaz - zabezpieczamy tę konstrukcję śrubami.
Nawiasem mówiąc, nie zaszkodzi pomyśleć o zabezpieczeniu generatora przed opadami atmosferycznymi. Na przykład można go wykonać z rury, jak pokazano na zdjęciu:
Następnie malujemy wszystkie części naszego wiatraka i pozostawiamy do wyschnięcia. Następnie składamy wszystko w jedną całość, mocujemy silnik i osłonę do rury za pomocą obejm samochodowych. Konieczne jest również zamontowanie kołnierza (znajduje się bliżej silnika) za pomocą wkrętów samogwintujących.
Teraz pozostaje tylko zrobić matchę do generatora wiatrowego. Do tych celów odpowiednie są rury i kształtki z PCV stosowane z rurami z tworzyw sztucznych. Możesz zrobić taki maszt:
Ostatnim krokiem będzie bezpośrednie przymocowanie generatora wiatrowego do masztu i jego instalacja. Wcześniej mocujemy wykonaną wcześniej piastę z łopatkami na wał silnika. To wszystko.
Na zakończenie kilka słów o komorze baterii wiatraka. Może korzystać z dwóch akumulatorów (na przykład akumulatorów samochodowych). Będziesz musiał przylutować diody między generatorem a akumulatorami, aby prąd płynął do akumulatorów, a nie do generatora.
Ten domowy generator wiatrowy nadaje się do ładowania akumulatorów i innych celów. Możesz także poeksperymentować i zbudować wiatrak o większej mocy: na przykład dodać łopaty, zmienić ich rozmiar itp.
