Често власници приватних кућа имају идеју за спровођење резервни системи напајања... Најједноставнији и најприступачнији начин је, наравно, генератор бензина или дизела, али многи људи окрећу своје очи ка сложенијим начинима претварања такозване бесплатне енергије (сунчево зрачење, енергија текуће воде или ветра) у електричну.
Свака од ових метода има своје предности и недостатке. Ако је уз употребу протока воде (мини-хидроелектрана) све јасно - доступан је само у непосредној близини прилично брзе реке, онда се сунчева светлост или ветар могу користити готово свуда. Обе ове методе имаће заједнички недостатак - ако водена турбина може да ради даноноћно, тада соларна батерија или ветрогенератор делују само неко време, због чега је неопходно укључити батерије у структуру кућне електричне мреже.
С обзиром на то да услови у Русији (кратак дан током већег дела године, честе падавине) чине соларне панеле неефикасним по тренутним трошковима и ефикасности, најпрофитабилнији је дизајн ветрогенератора... Размотрите његов принцип рада и могуће опције дизајна.
Будући да ниједан домаћи уређај није као други, ово
чланак није упутство корак по корак, и опис основних принципа пројектовања ветротурбине.
Општи принцип рада
Главно радно тело ветрогенератора су лопатице које ветар ротира. У зависности од локације осе ротације, ветротурбине се деле на хоризонталне и вертикалне:
- Хоризонталне ветротурбине најраспрострањенији. Њихове лопатице имају дизајн сличан авионском пропелеру: у првом приближавању то су плоче нагнуте у односу на раван ротације, које део терета из притиска ветра претварају у ротацију. Важна карактеристика хоризонталног ветрогенератора је потреба да се обезбеди ротација склопа лопатица у складу са правцем ветра, с обзиром да је максимална ефикасност обезбеђена када је смер ветра окомит на раван ротације.
- Ножеви, сецива вертикална ветротурбина имају конвексно-удубљени облик. Будући да је усмеравање испупчене стране веће од удубљене, таква ветротурбина се увек окреће у једном смеру, без обзира на смер ветра, што чини механизам окретања непотребним, за разлику од хоризонталних ветрогенератора. У исто време, због чињенице да у било ком тренутку само део лопатица обавља користан посао, а остали се само противе ротацији, Ефикасност вертикалне ветрењаче је много нижа од ефикасности хоризонталне ветрењаче: ако за хоризонтални генератор ветра са три оштрице ова цифра достигне 45%, онда за вертикални неће прећи 25%.
С обзиром на то да просечна брзина ветра у Русији није велика, чак и велика ветротурбина ће се углавном споро окретати. Да би се обезбедила довољна снага, напајање мора бити повезано на генератор преко појачаног редуктора, каиша или зупчаника. У хоризонталној ветрењачи јединица сечива-редуктор-генератор је постављена на окретну главу, што им омогућава да прате правац ветра.Важно је узети у обзир да окретна глава мора имати граничник који јој онемогућава да изврши пуни заокрет, јер ће у супротном бити одсечена ожичења од генератора (опција коришћења контактних подлошки које омогућавају слободно окретање главе је више компликован). Да би се обезбедила ротација, генератор ветра је допуњен радном лопатицом усмереном дуж осе ротације.
Најчешћи материјал сечива су ПВЦ цеви великог пречника пресечене по дужини. Уз ивицу су заковане металне плоче, заварене за главчину склопа сечива. Цртежи ове врсте сечива су најраспрострањенији на Интернету.
Видео говори о сопственом генератору ветра
Својим рукама
Куповина готове ветротурбине није приступачна за већину корисника. Поред тога, жеља за петљањем са различитим механизмима и прилагођавањима неотклоњива је међу људима, а ако постоји и хитна потреба, решење проблема је недвосмислено. Размотрите како направити генератор ветра својим рукама.
Најједноставнији генератор ветра за осветљење летње викендице
Најједноставнији дизајни се користе за осветљавање подручја или напајање пумпе која снабдева водом. Процес укључује, по правилу, уређаје за потрошњу који се не плаше удара струје. Ветрењача окреће генератор директно повезан са потрошачима, без привременог комплета за стабилизацију напона.
Уради сам ветрењачу из генератора аутомобила
Генератор из аутомобила је најбоља опција приликом стварања домаће ветротурбине. Потребна је минимална реконструкција, углавном премотавање калема тањом жицом са више завоја. Измена је минимална, а резултујући ефекат омогућава употребу ветрењаче за напајање куће. Требаће вам довољно брз и моћан ротор способан за ротирање уређаја са великим отпором.
Ветротурбина из машине за прање веша
Електрични мотор из машине за прање веша често се користи за стварање генератора. Најбоља опција је инсталирање јаких неодимијумских магнета на ротор за побуђивање намотаја. Да бисте то урадили, потребно је избушити рупе у ротору пречника једнаког величини магнета.
Затим се уграђују у утичнице са наизменичним поларитетом и пуне епоксидом. Готов генератор је инсталиран на платформи која се окреће око вертикалне осе, радно коло са оплатом постављено је на осовину. Стражњи стабилизатор је причвршћен на задњи део платформе, што даје смернице за уређај.
Прорачун лопатице ветротурбине
Пошто смо већ открили да је хоризонтална ветротурбина много ефикаснија, размотрићемо прорачун њеног дизајна.
Енергија ветра може се одредити формулом П = 0,6 * С * В³, где је С површина круга описана врховима лопатица ротора (површина бацања), изражена у квадратним метрима, а В израчуната брзина ветра у метрима у секунди. Такође морате узети у обзир ефикасност саме ветрењаче која ће за хоризонтални круг са три оштрице у просеку износити 40%, као и ефикасност агрегата који на врхунцу карактеристике тренутне брзине износи 80% за генератор са побуђивањем са перманентним магнетом и 60% за генератор са намотом за побуду. У просеку, додатних 20% снаге трошиће појачавач (мултипликатор). Дакле, коначни прорачун радијуса ветротурбине (односно дужине њене лопатице) за дату снагу генератора трајних магнета изгледа овако: Р = √ (П / (0,483 * В³))
Пример: Претпоставимо да је потребна снага ветропарка 500 В, а просечна брзина ветра је 2 м / с. Тада ћемо према нашој формули морати да користимо сечива дужине најмање 11 метара. Као што видите, чак и тако мала снага захтеваће стварање ветрогенератора колосалних димензија.За више или мање рационалне структуре са дужином сечива не већом од једног и по метра у условима „уради сам“ производње, генератор ветра ће моћи да произведе само 80-90 вати снаге чак и при јаком ветру.
Немате довољно снаге? У ствари, све је нешто другачије, јер се у ствари оптерећење ветрогенератора напаја из батерија, ветротурбина их пуни само најбоље што може. Сходно томе, снага ветротурбине одређује фреквенцију којом може да снабдева енергијом.
Избор генератора
Чини се да је најлогичнија опција за агрегат за домаћу ветротурбину аутомобилски генератор. Ово решење олакшава састављање јединице, јер генератор већ има обе тачке монтирања и ременицу за појачивач каиша. Није тешко купити и сам генератор и резервне делове за њега. Поред тога, уграђени релејни регулатор вам омогућава да га директно повежете са 12-волтном акумулаторском батеријом, а на њу, пак, претварач за претварање једносмерне струје у наизменични напон 220В.
Али, као што је горе поменуто, ефикасност генератора са побудним намотајем је прилично мала, што је врло осетљиво за ионако генератор мале снаге. Други недостатак је тај што се када се батерија испразни, аутомобилски генератор не може побудити.
У великом броју дизајна домаће израде можете пронаћи генераторе трактора Г-700 и Г-1000. Њихова ефикасност више није, једина корисна разлика је магнетизација ротора, што омогућава узбуђивање генератора и без батерије, и ниска цена.
Неки аутори, када граде ветрогенераторе, користе својство реверзибилности колекторских електромотора - присилним окретањем њиховог ротора из њега се може уклонити једносмерна струја. Статор ове врсте мотора састоји се или од трајних магнета, што је за наше потребе пожељније, или има намотај. Да би се мотор користио у режиму генератора, повезан је на релејни регулатор возила како би се обезбедио жељени напон. Размотрите везу релеј-регулатора на примеру чвора из класике ВАЗ (погодно је јер није комбинован у један блок са склопом четкица):
- Повежите једну од четкица мотора са телом - ово ће бити негативни пол генератора. Овде сигурно повежите метално кућиште релеја-регулатора и „-“ терминал батерије.
- Спојите терминал 67 релеја на један од терминала намотаја статора, други привремено на кућиште.
- Спојите терминал 15 преко прекидача на позитивни пол акумулатора (ово ће напајати струју поља намотајем). Омогућите ротацију ротора у истом смеру који ће обезбедити завртањ ветрогенератора и повежите волтметар између слободне четке и кућишта. Ако се на четкици нађе негативан потенцијал, замените везе статора са релејним регулатором и масом.
Главна карактеристика повезивања једносмерног генератора са батеријом је потреба да се одвоје полупроводничком диодом, што спречава да се батерија испразни на намотај ротора када се генератор заустави. У савременим аутомобилским генераторима ову функцију врши трофазни диодни мост, а можемо је користити и паралелним повезивањем његових фаза како бисмо смањили пад напона на њему.
Највећа снага се може уклонити из генератора чији се ротор састоји од неодимијумских магнета. Конструкције засноване на аутомобилском чворишту са кочионим диском су широко распрострањене, дуж ивице којих су учвршћени моћни магнети. Статор са једнофазним или трофазним намотајем налази се на минималној удаљености од њих.
Ветрењача # 2 - Магнетни аксијални дизајн
Аксијалне ветрењаче са неелезним статорима на неодимијумским магнетима до недавно нису израђиване у Русији због неприступачности последњих.Али сада су у нашој земљи и јефтинији су него у почетку. Стога су наши мајстори почели да производе ветротурбине овог типа.
Временом, када могућности ротационе ветротурбине више неће пружати све потребе привреде, на неодимијумским магнетима може се направити аксијални модел.
Шта треба припремити?
Аксијални генератор заснован је на главчини из аутомобила са кочним дисковима. Ако је овај део био у функцији, мора се раставити, лежајеви морају проверити и подмазати, а рђа очистити. Готови генератор ће бити обојен.
Да бисте правилно очистили главчину од рђе, користите металну четку која се може поставити на електричну бушилицу. Чвориште ће поново изгледати сјајно
Расподела и осигуравање магнета
Залепићемо магнете на роторске дискове. У овом случају се користи 20 магнета величине 25к8мм. Ако се одлучите да направите другачији број полова, онда користите правило: у једнофазном генератору мора бити онолико полова колико има магнета, а код трофазног генератора потребно је посматрати однос 4 / 3 или 2/3 пола до калемова. Поставите магнете наизменичним половима. Да бисте били сигурни да је њихова локација тачна, користите образац са секторима одштампаним на папиру или на самом диску.
Ако постоји таква прилика, боље је користити правоугаоне магнете, а не округле, јер је у округлим магнетно поље концентрисано у центру, а у правоугаоним - дуж њихове дужине. Супротстављени магнети морају имати различите полове. Да не бисте нешто збунили, нанесите маркер на њихову површину „+“ или „-“. Да бисте одредили пол, узмите један магнет, а други доведите до њега. Ставите плус на атрактивне површине, а минус на одбојне површине. На дисковима, стубови треба да се смењују.
Магнети су правилно постављени. Пре него што их причврстите епоксидном смолом, потребно је направити странице пластелина тако да се лепљива маса може стврднути, а не стакло на столу или поду
Да бисте поправили магнете, потребно је да користите јак лепак, након чега је снага лепљења додатно ојачана епоксидном смолом. Преплављен је магнетима. Да бисте спречили ширење смоле, можете направити ивичњаке од пластелина или једноставно омотати диск траком.
Трофазни и једнофазни генератори
Једнофазни статор је гори од трофазног, јер даје вибрације под оптерећењем. То је због разлике у амплитуди струје која се јавља услед недоследног повратка исте у одређено време. Трофазни модел не пати од овог недостатка. Снага у њему је увек константна, јер се фазе међусобно надокнађују: ако струја падне у једној, а у другој се повећава.
У спору између једнофазних и трофазних опција, ова друга излази као победница, јер додатне вибрације не продужавају животни век опреме и иритирају слух.
Као резултат, повратак трофазног модела је 50% већи од повратка једнофазног модела. Још једна предност избегавања непотребних вибрација је звучна удобност при раду под оптерећењем: генератор не бруји током рада. Поред тога, вибрације увек уништавају ветротурбину пре истека рока употребе.
Процес намотаја калема
Било који специјалиста ће вам рећи да морате пажљиво израчунати пре навијања калема. И сваки практичар ће све радити интуитивно. Наш генератор неће бити пребрз. Желимо да 12-волтна батерија почне да се пуни од 100-150 о / мин. Са таквим почетним подацима, укупан број завоја у свим калемима треба да буде 1000-1200 комада. Остаје да ову цифру поделимо са бројем калемова и сазнамо колико ће завоја бити у свакој.
Да бисте генератор ветра учинили снажнијим при малим брзинама, морате повећати број полова. У овом случају, фреквенција осцилација струје ће се повећати у калемима.За навијање калемова боље је користити дебелу жицу. Ово ће смањити отпор, што значи да ће се струја повећати. Треба напоменути да при високом напону струја може да се „троши“ отпором намотаја. Једноставна домаћа машина помоћи ће вам да брзо и тачно навијате висококвалитетне калеме.
Статор је обележен, завојнице су на свом месту. За њихово причвршћивање користи се епоксидна смола, чијој дренажи се поново опиру странице пластелина.
Због броја и дебљине магнета који се налазе на дисковима, генератори се могу значајно разликовати у својим радним параметрима. Да бисте сазнали колико снаге можете очекивати као резултат, можете намотати једну завојницу и завртити је у генератор. Да би се одредила будућа снага, напон треба мерити при одређеним обртајима празног хода.
На пример, при 200 о / мин добија се 30 волти са отпором од 3 ома. Од 30 волти одузимамо напон батерије од 12 волти, а добијених 18 волти делимо са 3 охма. Резултат је 6 ампера. Ово је јачина звука која иде на батерију. Иако у пракси, наравно, излази мање због губитака на диодном мосту и у жицама.
Најчешће су калеми направљени округли, али је боље да их мало истегнете. У овом случају се у сектору добија више бакра, а завоји намотаја су равнији. Пречник унутрашње рупе завојнице треба да одговара величини магнета или да буде мало већи.
Изводе се прелиминарна испитивања добијене опреме која потврђују њене одличне перформансе. Временом се и овај модел може побољшати.
Када правите статор, имајте на уму да његова дебљина треба да одговара дебљини магнета. Ако се повећа број завоја у калемовима и статор учини дебљим, простор на диску ће се повећати, а магнетни ток ће се смањити. Као резултат, може се генерисати исти напон, али мања струја због повећаног отпора завојница.
Шперплоча се користи као облик статора, али на папиру можете означити секторе за калемове и направити ивичњаке од пластелина. Снага производа повећаће се фибергласом постављеним на дно калупа и на врх калема. Епоксид се не сме лепити на калупу. Да би се то урадило, подмазује се воском или вазелином. У исте сврхе можете користити траку или траку. Завојнице су непомично фиксиране, крајеви фаза су изнети. Тада је свих шест жица повезано троуглом или звездом.
Склоп генератора се испитује ручним окретањем. Добијени напон је 40 волти, док је струја приближно 10 ампера.
Израчун множитеља
Генераторски агрегат има карактеристику нагнуте струје-брзине: са повећањем брзине ротора повећава се максимална снага која му се испоручује. Због тога, да би се обезбедила највећа ефикасност ветротурбине мале брзине, потребан нам је мултипликатор са великим фактором повећања.
За домаћи дизајн, најоптималније решење је мултипликатор каиша: једноставан је за производњу и захтева минимум машинских радова. Однос повећања обртаја биће једнак односу пречника погонске ременице повезане са осом елисе и пречника гоњене ременице генератора. По потреби се преносни однос може лако прилагодити заменом једне од ременица.
Приликом пројектовања мултипликатора потребно је узети у обзир и просечну брзину склопа лопатица и карактеристике тренутне брзине генератора. Ако користимо серијски генератор аутомобила, онда се то лако може наћи на Интернету, са домаћим дизајном, највероватније ћемо морати проћи кроз покушаје и грешке.
На пример, узмимо уобичајени генератор трактора, који је већ горе поменут.
Узимајући израчунату снагу наше ветротурбине на 90 вати, на графикону налазимо тачку која одговара излазу генератора на ову снагу.При номиналном напону од 14 В потребан нам је струјни излаз од најмање 6,5 А - према графикону, то ће се догодити при брзини мало изнад 1000 о / мин. Нека се пропелер нашег дизајна ротира са ветром брзином од 60 о / мин (средњи ветар). То значи да нам је потребан најмање двадесет пута већи однос пречника ременица - за ременицу генератора од 70 мм ременица ветрењаче мораће имати пречник од скоро један и по метар, што је неприхватљиво. Ово недвосмислено наговештава колико је ниска ефикасност ветрогенератора ове врсте - без сложеног вишестепеног мењача, који ће сам по себи довести до великих губитака снаге, готово је немогуће довести аутомобилски генератор у режим рада.
Предности и недостаци ротационе ветротурбине
Када се ветрогенератор правилно уради, функционисаће без грешака. Уз батерију од 75А и добар претварач од 1000 В, ветротурбина ће лако пружити светлост улици, подручју куће, напајати сигурносне аларме, видео надзор итд.
Ветротурбине овог типа имају следеће предности:
- једноставност инсталације;
- ниска цена;
- профитабилност;
- гипкост за поправку;
- нису избирљиви у условима функционисања;
- поузданост и бешумност рада.
Постоји неколико недостатака ветрогенератора:
- мала продуктивност ветрогенератора;
- потпуна зависност ветрењаче од ветра;
- лопатице могу пореметити проток ваздуха.
Припрема материјала за ветротурбину
Први корак је прикупити сав потрошни материјал и делове за ветрењачу. Генератор ветра који сте направили производиће снагу не већу од 1,5 кВ. Да бисте направили агрегат, потребно је да имате:
- 12В аутомобилски алтернатор.
- Хелијумска или киселинска батерија од 12 волти.
- Специјални претварач од 12В до 220В и од 700В до 1500В.
- Велика посуда од нерђајућег челика или алуминијума: канта или шерпа.
- Једноставан волтметар.
- Вијци, подлошке и навртке.
- Релеј за пуњење батерије из аутомобила и лампица индикатора пуњења.
- Жице са различитим пресецима (2,5 мм2 и 4 мм2).
- Стеге за причвршћивање ветрогенератора.
- Прекидач "дугме" је полу-херметичан, 12 В.
- шкаре или металне маказе;
- кројачки сантиметар;
- грађевинска оловка или маркер;
- одвијач, бушилица, клешта и бушилица.
Такође се опскрбите следећим алатима:
Пројектовање ветрогенератора
Посао се састоји од израде ротора и измене ременице генератора. Фазе су следеће:
Белешка! Када радите са металним маказама, морате исећи рупу за њих. Ако канта није направљена од обојеног лима или поцинкованог челика, онда можете користити брусилицу.
Да бисте повезали батерију, узмите жице попречног пресека од 4 мм2. Препоручена величина није већа од 1 м. А захваљујући жицама од 2,5 мм2 повежите светла и уређаје. Не заборавите инсталирати претварач (претварач). Прикључите уређај на мрежу на пинове 7 и 8 приказане на доњем дијаграму. Користите жице од 4 мм2.
То је то, ваша ветротурбина је сада спремна за рад. Не може а да се не радује што је направљен сопственим рукама.
Маст
Стуб на коме је постављена ветротурбина - ово је један од његових најважнијих чворова.
Она не само да осигурава сигуран рад ветрењаче (доња тачка круга коју лопатице описују не сме бити ближа од 2 метра од земље), већ јој омогућава и да енергију ветра користи што ефикасније, проток која постаје узбурканија у близини тла.
Велика висина доводи до мале крутости јарбола ветрогенератора и чини његово израчунавање чврстоће прилично тешким не само за аматерског мајстора, већ и за инжењера. Можете навести само главне тачке:
- Поставите јарбол што даље од куће и дрвећа засенчавајући проток ваздуха. Поред тога, у случају јаког ветра, генератор ветра може пасти на зграду или га оштетити дрвеће;
- Оптимални дизајн дизајна јарбола ажурна заварена решетка слично торњевима за пренос снаге, али је тешко и скупо за производњу. Најједноставнија, али прилично ефикасна опција је неколико паралелних цеви пречника 80-100 мм, међусобно заварених кратким шавовима и бетонираних до дубине од најмање једног метра у земљи. Веома је пожељно ојачати структуру једне цеви кабловским везама, које су такође причвршћене за носаче изливене у бетон.
- Да би се поједноставило одржавање ветрењаче, њен јарбол се може учинити прекретницом: у овом случају, када је линија истезања која иде у смеру прелома ослабљена, јарбол се може нагнути на земљу.
Прича о врло једноставном генератору ветра од кућног вентилатора
Додатна електрична опрема
Као што је горе поменуто, саставни део ветропарка је батерија која преузима снагу потрошача. приликом избора, морате имати на уму да што је већи његов капацитет, то ће дуже моћи да одржи напон у мрежи, али истовремено ће требати више времена за пуњење. Приближно време рада може се дефинисати као време током којег се исцрпљује половина капацитета батерије (након тога ће пад напона већ постати приметан, поред тога, дубоко пражњење смањује живот оловних батерија).
Пример: Дакле, батерија капацитета 65 А * х условно ће моћи да даје 30-35 Амп-сати енергије оптерећењу. Да ли је то пуно или мало? За уобичајену лампу за осветљење од 60 вати биће потребно, узимајући у обзир присуство претварача који претвара 12 В једносмерне струје у 220 В наизменичне струје и има сопствену ефикасност унутар 70%, струја од 7 ампера је нешто више од четири сата рада . Нашој ветрењачи номиналне снаге 90 вати, чак и у најбољем случају, уз константни јак ветар, требаће најмање пет сати да поврати изгубљену енергију. Као што видите, када ветротурбину користите само као аутономни извор енергије, струја у вашем дому биће доступна само неколико сати дневно.
Други чвор система напајања је претварач. У нашем случају можете да користите и готови аутомобил и онај извучен из непрекидног напајања. У сваком случају, важно је не преоптеретити га тренутном потрошњом, с обзиром да је његова стварна радна снага 1,2-1,5 пута мања од назначене максималне снаге.
Као што видите, атрактивност коришћења бесплатне енергије почива на бројним ограничењима, па чак и једина ефикасна опција у централној Русији - генератор ветра - није у стању да пружи дугорочну аутономију.
Али у исто време, ова идеја није лоша и као извор нужде за напајање и, посебно, као пројектни задатак - задовољство стварања ветротурбине властитим рукама може знатно премашити њену снагу.
