Эковатт: Самодельный ветряк с генератором из коллекторного двигателя. Самодельный вертикальный ветряк Что нужно знать до начала сборки ветрогенератора

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

• Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
• Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального : если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Расчет лопастного ветрогенератора

Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.

Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V ³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³ ))

Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.

Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.

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

Сегодня альтернативная энергетика развивается быстрыми темпами. На рынке уже есть солнечные модули на любой вкус, но как правило они стоят очень дорого. Недавно мне попалась солнечная батарея на 12 вольт 0.5 киловатт, и совсем недурная цена.... 1000$. За пол киловатта заплатить 1000 долларов стоит или нет? Думаю стоит, но за 1000 долларов можно несколько лет за электроэнергию платить, одним словом пока что не выгодно. Ветростанция - более разумное капиталовложение для получения электрической энергии.

И вот в связи с этим, у меня в голове возникла идея соорудить ветрогенератор малой мощности своими руками. Изначально, я хотел сделать ветростанцию на мощность в пол киловатта, но с отсутствием ресурсов было решено сделать ветрогенератор на 200 Ватт.

Поскольку у меня для ветряка было выделено мало финансовых ресурсов, то нужно было все делать самому. Готовые генераторы стоили немало денег, да и преобразователь еще и аккумуляторы... С генератором мне повезло, на рынке, где продают старый хлам мне удалось за 20 долларов раздобыть двигатель постоянного тока на 24 вольт! И к моему счастью вал двигателя (ротор) вращался очень легко, мощность двигателя была 300 Ватт по паспортным данным. Самое главное- двигатель не нужно будет переделывать, готовый генератор уже есть!

Задача номер два - найти редуктор. Все мы знаем, для того, чтобы генератор вырабатывал большой ток, нужно, чтобы ротор вращался со скоростью не менее 1000 об/мин, для этого нам нужен редуктор. По предварительным расчетам, пропеллер вращается со скоростью 60 об/мин, и за счет потери мощности нужно будет повышать число оборотов. Редуктор был снят с электродвигателя с редуктором, такие движки попадаются очень часто, мне друг подарил, двигатели такого типа делаются на небольшие мощности. Ниже смотрите число оборотов (на выходе редуктора) для каждой марки подобного двигателя:
РД-09 1,75 об/мин.
РД-09 2,5 об/мин.
РД-09 4,4 об/мин.
РД-09 8,7 об/мин.
РД-09 15,5 об/мин.
РД-09 30 об/мин.
РД-09 76 об/мин.
РД-09 185 об/мин.
СД-54 2,24 об/мин.
СД-54 3,14 об/мин.
СД-54 5,59 об/мин.
СД-54 10,94 об/мин.
СД-54 19,59 об/мин.
СД-54 24 об/мин.
СД-54 38,4 об/мин.
СД-54 60 об/мин.
СД-54 96 об/мин.
Д-32 24 об/мин.
ДСМ-2-П-220
ДСМ-0,2-П-220
ДСМ-1/300-П-220
ДСОР-32-15-2

Двигатель РД-09, передаточное отношение 1/75 то, что надо! Двигатель сразу же был разобран. Электрическая часть нам не нужна, берем только редуктор. Т.о. у нас есть генератор с редуктором. Пока на этом остановимся и начнем делать электрическую часть ветроэлектростанции.

Генератор нам дает напряжение 24 вольта при оборотах не менее 2000 в минуту (для проверки, ротор генератора был подключен к ротору электромотора от пылесоса, мотор для экспериментов нужно дополнить регулятором оборотов). Нам нужно выжать от двигателя минимум 13 - 14 вольт для зарядки аккумулятора, у нас ветры постоянные и достаточно сильные, так что проблема сама собой была решена!

Преобразователь - достаточно сложная часть конструкции, он нам нужен для повышения напряжения аккумулятора до переменного 220 вольт (сетевое напряжение) с частотой 50 - 60 герц. В интернете сегодня можно найти море схем таких преобразователей на любой вкус. Сначала решил не мучатся и купить готовый, но цены не маленькие, непонятный преобразователь от непонятного производителя с мощностью 300 Ватт стоит порядка 40 $. И было решено еще один день посвятить сборке преобразователя. Максимальная мощность устройства не велика - всего 200 ватт, но для малой самодельной станции вполне достаточно, от него можно питать несколько ламп дневного света, телевизор, зарядить мобильный телефон, ноутбук и так далее.

Схема была подобрана после долгих поисков. Данная схема развивает до 400 Ватт, сначала не верилось, но затем убедился в этом на собственном опыте. Схема высокого качества, транзисторы остаются холодными и даже при максимальной нагрузке на трансформатор, температура теплоотводов поднимается на 5 - 10 градусов.

Были использованы доступные детали и в целом для преобразователя было потрачено 10 долларов. Транзисторы - 3 доллара каждая (2 штуки), микросхема - 1,5 доллар (1 штука), резисторы конденсаторы - 3 доллара. Трансформатор намотан на Ш-образном сердечке из компьютерного блока питания. С него сначала нужно снять все обмотки и мотать новые. Первичная обмотка намотана 6-ю жилами провода с диаметром 0.5 мм (каждая жила), и содержит 12 витков с отводом от середины. Обмотку удобно мотать жгутом. Поверх первичной обмотки ставим изоляцию из конденсаторной бумаги и мотаем вторичную обмотку, ее мотаем в том же направлении, что и первичную. Вторичная обмотка содержит 140 витков провода с диаметром 0.7мм.
Полевые транзисторы типа IRL2505. Задающий генератор выполнен на микросхеме КР1211ЕУ1, частота преобразователя регулируется при помощи резистора R4 (переменный резистор на 1 мегаом).

Теперь о механической части ветрогенератора. Лопасти (далее ротор) я изготовил из лыж, другого материала на тот момент под рукой не было. Ротор выполнен в виде звездочки. Длина каждой лыжи 1.5 метра, но его пришлось укоротить на 10 см. Итак, имеет 3 доски, параметры такие: длина 1400мм, ширина - 100мм, толщина - 10мм. Редуктор укреплен на роторе при помощи холодной сварки. Доски ротора укреплены на оси при помощи той же холодной сварки, но для страховки сначала на нижней стороне каждой доски делаем два отверстия и прикрепляем доску к валу при помощи шурупов, а затем сверху еще оформить холодной сваркой.

Осью ротора служит кусок пластиковой трубы диаметром в пол дюйма, в которую входит вал редуктора и фиксируется шурупами, которые сжимают вал ротора с обеих сторон. Вал последней передачи редуктора подключен к генератору. Число передач нужно подобрать 1: 60, при средней скорости ветра ротор вращается со скоростью 60 об/мин, обеспечивая в среднем 1000 об/мин для генератора. Такие расчетные параметры предусмотрены для среднего ветра 5 - 8 м/сек, хотя ротор вращается даже во время ветра со скоростью 2 м/сек.

Ветряк получился довольно таки устойчивым, и даже при сильных ветрах не нарушается его работа. Постоянный ток от генератора заряжает аккумуляторную батарею от автомобиля, его параметры 12 Вольт 60 Ампер. Генератор заряжает аккумулятор за 4 часа, при среднем ветре. Ветрогенератор - отличный вариант для сельских жителей, он полностью способен обеспечивать энергетические потребности небольшой семьи, конечно включать обогреватель не стоит, но лампы накаливания, пару телевизоров, DVD- проигрыватель установка питать сможет, можно подключать и компьютер не смотря на то, что максимальная мощность генератора 200 Ватт, аккумулятор достаточно мощный и может питать компьютер в течении 1.5 - 2 часа.

Давайте посчитаем денежные затраты на ветряк - генератор 20$, редуктор (мне достался даром) в среднем за 10$, преобразователь 10$, шурупы, гайки, втулки и все остальное не более 10$, аккумулятор (я использовал старый аккумулятор от автомобиля) можно купить новый за 50$, на ротор тратить денег не стоит, пара лыж у каждого окажется. Итого получается: без аккумулятора - не более 60$, с аккумулятором не более 110$, стоит ли собирать? Конечно стоит! Ведь собрать ветрогенератор своими руками это уже большое достижение в жизни!

Итог работы - ветряк был установлен на крыше, высота от земли 5 - 7 метров, работает прекрасно уже год, для этой статьи пришлось его разобрать, думаю человек с крепкими нервами при наличии всех деталей и материалов соберет данную ветростанцию за 5 дней (я собрал за неделю, но 2 дня только проектировал, тут я представил полный проект станции, так, что вам не придется делать расчеты). Для защиты от влаги и увеличения прочности, на лопасти ротора был нанесен слой эпоксидной смолы. Генератор с редуктором находятся в пластмассовом корпусе.

Список радиоэлементов

К основным компонентам ветроустановок независимо от вида относятся: (ротор), генератор, мультипликатор, башня, основание (фундамент).

Ветроколесо (ротор)

преобразует энергию набегающего ветрового потока в механиче­скую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеб­лется от нескольких метров до десятков метров. Частота вращения составляет от 15 до 100 об/мин. Для соединения с электросетью частота вращения ветроколеса должна быть постоянной. В против­ном случае, при переменной частоте (для автономных электросис­тем) используется выпрямитель и инвертор. Переменная частота допустима и в том случае, когда ветроустановки используются для систем теплоснабжения, а также для водоснабжения и другой меха­нической работы.

Мультипликатор ветряков

Промежуточное звено между ветроколесом и электрогенерато­ром, которое повышает частоту вращения вала ветроколеса и обес­печивает согласование с оборотами генератора. Исключение со­ставляют малой мощности со специальными генераторами на постоянных магнитах; в таких ветроустановках мультипликаторы обычно не применяются.

Башня

Конструкция, на которой устанавливается , иногда ее укрепляют стальными стяжками. У большой мощности высота башни достигает 75 м. Обычно это цилиндрические мачты, хотя применяются и решетчатые башни.

Основание (фундамент)

предназначено для предотвращения падения установки при сильном ветре.

Кроме того, для защиты от поломок при сильных порывах ветра и ураганах почти все ВЭУ большой мощности автоматически оста­навливаются, если скорость ветра превышает предельную величину. Для целей обслуживания они должны оснащаться тормозным уст­ройством. Горизонтально-осевые ВЭУ имеют в своем составе уст­ройство, обеспечивающее ориентацию ветроколеса по направлению ветра.

Эту подробно описанную конструкцию роторного ветрогенератора типа Савониус я обнаружил на этом замечательном сайте вот здесь http://mirodolie.ru/node/2372 После прочтения материала решил написать о этой конструкции и о том как все делалось.

С чего все начиналось

Поэтому было решено построить ветрогенератор чтобы использовать еще и энергию ветра. Сначала было желание построить парусный ветрогенератор. Такой тип ветрогенераторов очень понравился, и после некоторого времени проведенного в интернете в голове и на компьютере накопилось много материалов по этим ветрогенераторам.Но строить парусный ветрогенератор довольно затратное дело, так-как такие ветрогенераторы маленькие не строят и диаметр винта для ветрогенератора такого типа должен быть как минимум метров пять.

Большой ветрогенератор не было возможности потянуть, но все-таки очень хотелось попробовать сделать ветрогенератор, хотя бы небольшой мощности, для зарядки аккумулятора. Горизонтальный пропеллерный ветрогенератор сразу отпал так-как они шумные, есть сложности с изготовлением токосьемных колец и защитой ветрогенератора от сильного ветра, а так-же трудно изготовить правильные лопасти.

Хотелось чего-то простого и тихоходного, посмотрев некоторые видеоролики в интернете очень понравились вертикальные ветрогенераторы типа Савониус. По сути это аналоги разрезанной бочки, половинки которой раздвинуты в противоположные стороны. В поисках информации нашел более продвинутый вид этих ветрогенераторов - ротор Угринского. Обычные Савониусы имеют очень маленький КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра), он обычно всего 10-20%, а ротор Угринского имеет более высокий КИЭВ за счет использования отражённой от лопастей энергии ветра.

Ниже наглядные картинки для понимания принципа роботы данного ротора

Схема разметки координат лопастей

>

КИЭВ ротора Угринского заявлен аш до 46% , а значит он не уступает горизонтальным ветрогенераторам. Ну а практика покажет что и как.

Изготовление лопастей.

Материалы для ротора выбраны самые простые и дешовые. Лопасти сделаны из алюминиевого листа толщиной 0,5мм. Из фанеры толщиной 10мм вырезаны три круга. Круги были расчерчены по рисунку выше и были сделаны бороздки глубиной 3 мм для вставки лопастей. Крепление лопастей сделано на маленьких уголочках и стянуто на болтики. Дополнительно для прочности всей сборки фанерные диски стянуты шпильками по краям и в центре, получилось очень жёстко и прочно.

>

>

Размер получившегося ротора 75*160см, на материалы ротора потрачено примерно 3600 рублей.

Изготовление генератора.

В поисках информации на форумах оказалось многие люди делают генераторы сами и в этом нет ничего сложного. Решение было принято в пользу самодельного генератора на постоянных магнитах. За основу была взята классическая конструкция аксиального генератора на постоянных магнитах, сделанная на автомобильной ступице.

Первым делом были заказаны неодимовые магниты шайбы для этого генератора в количестве 32 шт размером 10*30мм. Пока шли магниты изготавливались другие детали генератора. Вычислив все размеры статора под ротор, который собран из двух тормозных дисков от автомобиля ВАЗ на ступице заднего колеса, были намотаны катушки.

Для намотки катушек сделан простенький ручной станочек. Количество катушек 12 по три на фазу, так-как генератор трехфазный. На дисках ротора будет по 16 магнитов, это соотношение 4/3 вместо 2/3, так генератор получится тихоходнее и мощнее.

Для намотки катушек сделан простой станочек.

>

На бумаге размечены места расположения катушек статора.

>

Для заливки статора смолой изготовлена форма из фанеры. Перед заливкой все катушки были спаяны в звезду, а провода выведены наружу по прорезанным канальцам.

>

Катушки статора перед заливкой.

>

Свеже залитый статор, перед заливкой на дно был постелен кружок из стеклосетки, и после укладки катушек и заливкой эпоксидной смолой поверх них был уложен второй кружок, это для дополнительной прочности. В смолу добавлен тальк для крепкости, от этого она белая.

>

Так-же смолой залиты и магниты на дисках.

>

А вот уже собранный генератор, основа тоже из фанеры.

>

После изготовления генератор сразу был покручен руками на предмет вольт-амперной характеристики. К нему был подключен мотоциклетный аккумулятор 12 вольт. К генератору была приделана ручка и смотря на секундную стрелку и вращая генератор были получены некоторые данные. На аккумулятор при 120 об/м получилось 15 вольт 3,5А, быстрее раскрутить рукой не позволяет сильное сопротивление генератора. Максимум в холостую на 240 об/м 43 вольта.

Электроника

>

Для генератора был собран диодный мост, который был упакован в корпус, а на корпусе были смонтированы два прибора это вольтметр и амперметр. Так-же знакомый электронщик спаял простенький контроллер для него. Принцип контроллера прост, при полном заряде аккумуляторов контроллер подключает дополнительную нагрузку, которая съедает все излишки энергии чтобы аккумуляторы не перезарядились.

Первый контроллер спаянный знакомым не совсем устраивал, по этому был спаян более надежный программный контроллер.

Установка ветрогенератора.

>

Вот уже готовый ветрогенератор.На этом фото привод генератора прямой, но в последствии был сделан мультипликатор для поднятия оборотов генератора.

>

>

Привод генератора ременной, передаточное соотношение можно менять заменой шкивов.

>

>

>

В последствии генератор был соединен с ротором через мультипликатор. В общем итоге ветрогенератор выдает 50 ватт на ветру 7-8 м/с, зарядка начинается на ветру 5 м/с, хотя начинает вращаться на ветре 2-3 м/с, но обороты слишком маленькие для зарядки аккумулятора.

В будущем планируется поднять ветрогенератор по выше и переработать некоторые узлы установки, а тск-же возможно изготовление нового более большого ротора.