payaem.ru

Паяем — Все о электронике

Сборка ветрогенератора с вертикальным ротором и самодельное приспособление для намотки катушек

В этой статье представлен вариант конструкции ветрогенератора с вертикальной осью вращения. Здесь предоставлено достаточно подробное руководство по его сборке, если его внимательно прочитать, то сможете изготовить вертикальный ветрогенератор своими руками.

Этот ветрогенератор получился довольно надёжный, с малой стоимостью в обслуживании, дешёвый по цене и прост в сборке. Список элементов, который представлен ниже, его соблюдать не обязательно, можно вносить свои коррективы, сделать лучше или применить что нибудь своё, поскольку не везде возможно раздобыть именно те детали, которые требуются по списку. Здесь старались применять недорогие и качественные элементы.

Элементы и оборудование, которые использовались в данном проекте:

Название материалаКоличествоПримечаниеСписок применяемых элементов и материалов для ротора:Предварительно вырезанный лист металла1 штукаЕго вырезали из стали толщиной 1/4? с помощью гидроабразивной, лазерной или другой резкеСтупица от автомобиля (Хаб)1 штукаВ ней должно содержаться четыре отверстия, диаметр примерно 4 дюйма2? x 1? x 1/2? неодимовый магнит26 штукОчень хрупкие, желательно их заказать дополнительно1/2?-13tpi x 3? шпилька1 штукаTPI — количество витков резьбы на дюйм1/2? гайка16 штук1/2? шайба16 штук1/2? гровер16 штук1/2?.-13tpi колпачковая гайка16 штук1? шайба4 штукиОни нужны для того, чтобы выдержать зазор между роторамиСписок применяемых элементов и материалов для турбины:3? x 60? Оцинкованная труба6 штукABS пластик 3/8? (1.2?1.2м)1 штукаМагниты для балансировкиЕсли вдруг они будут необходимыВ случае если лопасти не сбалансированы, то магниты крепятся для балансировки1/4? винт48 штук1/4? шайба48 штук1/4? гровер48 штук1/4? гайка48 штук2? x 5/8? уголки24 штуки1? уголки12 штук (это опционально)Они нужны если лопасти не будут держать форму, тогда можете добавить дополнительные уголкивинты, гайки, шайбы и гроверы для 1? уголка12 (это опционально)Список применяемых элементов и материалов для статора:Эпоксидная смола с затвердителем2 литра1/4? винт нержавеющий3 штуки1/4? шайба нержавеющая3 штуки1/4? гайка нержавеющая3 штуки1/4? кольцевой наконечник3 штукиДля эл. соединения1/2?-13tpi x 3? шпилька нержавеющая1 штукаНержавеющая сталь не является ферромагнетиком, по этой причине она не будет «тормозить» ротор1/2? гайка6 штукСтеклотканьЕсли необходимо0,51 мм эмалированный провод24 AWGСписок применяемых элементов и материалов для монтажа:1/4? x 3/4? болт6 штук1-1/4? фланец трубы1 штука1-1/4? оцинкованная труба L-18?1 штукаИспользуемые инструменты и оборудование:1/2?-13tpi x 36? шпилька2 штукиПрименяются для поддомкрачивания1/2? болт8 штукАнемометрЭто если будет необходим1? лист алюминия1 штукаЭто чтобы делать проставки, если нужноЗелёная краска1Чтобы красить держатели пластика. Цвет разумеется не важенГолубая краска бал.1Чтобы покрасить ротор и прочие части. Выбор цвета не важенМультиметр1Паяльник и припой1Дрель1Ножовка1Керн1Маска1Защитные очки1Перчатки1

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения не так эффективны, как горизонтальные ветрогенераторы, но вертикальные меньше требовательны на счёт места установки.

Сборка турбины

1. Соединяющий элемент — он нужен, чтобы соединить ротор с лопастями ветрогенератора.2. Схема установки лопастей — пара встречных равносторонних треугольника. По этому чертежу будет проще располагать уголки крепления лопастей.

В случае если вы не уверены в чём то, тогда шаблоны из картона помогут вам не допустить ошибки.

Этапы действий по сборке турбины:

  1. Делаем нижнюю и верхнюю опоры (то есть основания) лопастей. Нужно разметить и с помощью лобзика вырезать из ABS пластика окружность. После этого обвести её и вырезать вторую опору. Должна получиться пара абсолютно идентичных окружностей.
  2. В центре одной опоры нужно вырезать отверстие диаметром 30 см. Это будет являться верхней опорой лопастей.
  3. Затем нужно взять хаб (то есть ступицу от авто), разметить и просверлить 4 отверстия на нижней опоре, чтобы закрепить хаб.
  4. Надо сделать шаблон расположения лопастей (смотрите на рисунке выше) и разметить на нижней опоре места для крепления уголков, они будут соединять лопасти и опору.
  5. Потом нужно сложить лопасти в стопку, прочно связать их и обрезать до нужной длины. В этой конструкции длина лопастей — 116 см. Чем длиннее лопасти, тем больше они получают энергии ветра, однако обратной стороной является нестабильность в сильный ветер.
  6. Нужно разметить лопасти, чтобы закрепить уголки. Накернить, а после просверлить в них отверстия.
  7. Теперь используйте шаблон расположения лопастей, он показан на рисунке выше, нужно прикрепить лопасти к опоре с помощью уголков.

    Сборка ротора

    Этапы действий по сборке ротора:

    1. Нужно положить два основания ротора друг на друга, совместить отверстия и при помощи напильника либо маркера сделать небольшую метку по бокам. Потом это поможет вам верно сориентировать их по отношению к друг — другу.

    2. Изготовьте пару бумажных шаблонов для расположения магнитов и приклейте их к основаниям.

    3. Надо обозначить полярность всех магнитов с помощью маркера. В качестве » тестера полярности » можете применить небольшой магнит, который обмотан тряпкой или же изолентой. Если провести его над большим магнитом, то будет сразу видно, отталкивается он или же притягивается.

    4. Затем нужно приготовить эпоксидную смолу (при этом добавьте в неё отвердитель) и нужно равномерно нанести её снизу магнита.

    5. Нужно очень аккуратно поднести магнит к краю основания ротора и переместить его к своей позиции. Если вы установите магнит сверху ротора, то тогда высокая мощность магнита вполне способна его быстро примагнитить и он может сломаться. Запомните, никогда ненужно совать пальцы и прочие части тела промеж двух магнитов либо железом и магнитом, поскольку неодимовые магниты обладают очень высокой мощностью, поэтому это чревато печальными последствиями.

    6. Продолжайте приклеивать магниты к ротору (при этом смазывайте эпоксидкой). В случае если магниты будут съезжать из — за действия магнитной силы, то тогда используйте кусок дерева, расположите его между ними для страховки.

    7. Когда один ротор закончен, нужно переходить к второму. Используйте заранее поставленную метку, нужно расположить магниты в точности напротив первого ротора, но уже в другой полярности.

    8. Нужно положить роторы на расстоянии друг от друга (это для того чтобы они не смогли примагнититься, в противном случае разъединить их будет практически невозможно.

    Сборка статора

    Сборка статора достаточно трудоёмкий процесс. Можете конечно купить готовый статор (предупреждаем сразу, найти его будет не просто) или же генератор, но нет гарантии, что они потом подойдут для конкретного ветряка со своими индивидуальными параметрами.

    Статор ветрогенератора — это электрический элемент, который состоит из девяти катушек. Катушка статора показана на фотографии выше. Катушки поделены на три группы, по три катушки в каждой из групп. Каждая катушка мотается проводом 24 AWG (0,51 мм) и в ней содержится 320 витков. Большее количество витков, но более тонким проводом даёт более высокое напряжение, но меньший ток. По этой причине, параметры катушек можно изменить, это зависит от того, какое напряжение вам нужно на выходе ветрогенератора. Указания ниже помогут вам определиться:320 витков, 0,51 мм (24 AWG) = 100 В @ 120 об/мин.160 витков, 0,0508 мм (16 AWG) = 48 В @ 140 об/мин.60 витков, 0,0571 мм (15 AWG) = 24 В @ 120 об/мин.

    Мотать катушки вручную — это долгое и сложное дело. По этой причине, чтобы процесс намотки был проще, советуем вам изготовить простейшее устройство — намоточный станок, поскольку конструкция его довольно простая и собрать его возможно используя подручные материалы.

    Витки всех катушек нужно мотать одинаково и в одинаковом направлении, необходимо обращать внимание или же лучше отмечать, где находится начало и где находится конец катушки. Чтобы предотвратить разматывание катушек, нужно их обмотать изолентой и промазать эпоксидкой.

    Устройство для намотки катушек

    Приспособление сделано из пары кусков фанеры, изогнутой шпильки, куска трубы ПВХ и гвоздей. Перед тем, как изогнуть шпильку, нужно нагреть её горелкой.

    Небольшой кусочек трубы между досками обеспечит заданную толщину, а четыре гвоздя обеспечат нужные размеры катушек.

    Можно придумать собственную конструкцию намоточного устройства или возможно у вас уже есть готовый.

    Когда все катушки намотаны, проверьте их на идентичность по отношению друг к другу. Это можете проверить с помощью весов, а также необходимо измерить сопротивления катушек при помощи мультиметра.

    Схема соединения катушек статора

    ВНИМАНИЕ! Нельзя подключать домашних потребителей напрямую от ветрогенератора. Нужно соблюдать правила безопасности при обращении с электричеством.

    Соединение катушек:

    1. Нужно зачистить шкуркой концы выводов каждой из катушек.
    2. Соединить катушки (это указано на рисунке выше). Должно получиться три группы, по три катушки в каждой из этих групп. С помощью этой схемы соединений будет получен трёхфазный переменный ток. Концы катушек нужно припаять или использовать зажимы.
    3. Необходимо выбрать одну из следующих конфигураций представленных ниже:

      А. Конфигурация » звезда «. Для того, чтобы получать высокое напряжение на выходе, нужно соединить выводы X,Y и Z между собой.B. Конфигурация » треугольник «. Чтобы получить большой ток,   нужно соединить X с B, Y с C, Z с A.C. Чтобы в будущем была возможность менять конфигурацию, нужно нарастить все 6 проводников и вывести их наружу.

             4. На большом листе бумаги надо нарисовать схему расположения и подключения катушек. Все катушки должны быть равномерно распределены и соответствовать расположению магнитов ротора.

             5. Затем нужно прикрепить катушки с помощью скотча к бумаге. Приготовить эпоксидную смолу с отвердителем для заливки статора.

             6. Чтобы нанести эпоксидку на стеклоткань нужно использовать малярную кисть. Если нужно, то можно добавить маленькие кусочки стеклоткани. Центр катушек заполнять не нужно, чтобы обеспечить их достаточным охлаждением в процессе работы. Нужно стараться избегать появления пузырьков. Цель этой работы закрепить катушки на свои места и придать плоскую форму статору, который будет расположен между двумя роторами. Статор не будет нагруженным узлом и не будет вращаться.

      Чтобы было более понятно, рассмотрите весь процесс на фотографиях:

      Готовые катушки нужно поместить на вощеную бумагу с заранее начерченной схемой расположения. Три небольших круга по углам на фотографии выше — места отверстий, чтобы закрепить кронштейн статора. Кольцо в центре предотвратит возможное попадание эпоксидки в центральную окружность.

      Катушки закреплены по своим местам. Стеклоткань, маленькими кусочками нужно поместить вокруг катушек. Выводы катушек можете выводить внутрь либо наружу статора. Нужно не забыть оставить достаточный запас длины выводов. Обязательно ещё разок нужно проверить все соединения и прозвонить мультиметром.

      Статор почти готов. Отверстия для крепления кронштейна нужно сверлить в статоре. Когда будете сверлить отверстия будьте внимательны, чтобы не попасть в выводы катушек. Когда операция завершена, нужно обрезать лишнюю стеклоткань и если нужно, шкуркой зачистить поверхность статора.

      Кронштейн статора

      Трубу для крепления оси хаба обрезали под нужный размер. В ней просверлили отверстия и нарезали резьбу. Потом в них нужно будет вкрутить болты, они будут держать ось.

      На рисунке выше представлен кронштейн, к нему крепится статор, который находится между двумя роторами.

      На фотографии выше видна шпилька с гайками и втулкой. Четыре таких шпильки обеспечат нужный зазор между роторами. Вместо втулки можете применить гайки большего размера или можно вырезать шайбы из алюминия самому.

      Генератор. Окончательная сборка

      Небольшое примечание: маленький воздушный зазор между связкой ротор — статор — ротор (он задаётся шпилькой с втулкой), обеспечивает наиболее высокую отдачу по мощности, но при этом возрастёт риск возможного повреждения статора либо ротора, если произойдёт перекос оси, он может случиться из — за сильного ветра.

      На левом рисунке ниже, представлен ротор с четырьмя шпильками, они обеспечивают зазор, и две алюминиевых пластины (они потом будут убраны).На правом рисунке указан уже собранный и покрашенный в зелёный цвет статор, и установленный на своём месте.

      Сборка:

        1. В плите верхнего ротора нужно просверлить четыре отверстия и нарезать в них резьбу для шпильки. Это нужно, чтобы плавно опустить ротор на своё место. Уприте четыре шпильки в алюминиевые пластины, которые приклеены заранее и поставьте на шпильки верхний ротор.Роторы будут притягиваться друг к другу с достаточно большой силой, по этой причине и необходимо такое приспособление. Нужно сразу выровнить роторы по отношению друг к другу по поставленным заранее метках на торцах.
        2. Поочерёдно вращайте ключом шпильки и равномерно опускайте ротор.
        3. Затем, когда ротор упёрся в втулку (которая обеспечивает зазор), нужно выкрутить шпильки и убрать алюминиевые пластины.
        4. Теперь нужно установить хаб (т. е. ступицу) и прикрутить его.

        Вот и всё. Теперь генератор готов.

        После того, как будут установлены шпильки (1) и фланец (2) ваш генератор должен получиться примерно вот такой (смотрите рисунок выше).

        Болты из нержавеющей стали нужны, чтобы обеспечивать электрический контакт. На провода удобнее применить кольцевые наконечники.

        Колпачковые гайки и шайбы нужны для того, чтобы крепить и соединять платы и опоры лопастей к генератору. Теперь ветрогенератор полностью сделан и готов к тестированию.

        Сначала, желательно рукой раскручивать ветряк и мерить параметры. Если вы все три выходные клеммы закоротите между собой, то в таком случае ветряк должен вращаться довольно туго. Это можно использовать, чтобы останавливать ветрогенератор для ремонта либо в целях безопасности.

        Этот ветрогенератор можно применять не только для того, чтобы обеспечивать дом электричеством. Например этот экземпляр, собран таким образом, что статор вырабатывает высокое напряжение, и оно потом применяется для нагрева.

        Рассматриваемый выше генератор даёт трёхфазное напряжение с разной частотой (это зависит от силы ветра), например в России применяется однофазная сеть 220 — 230 Вольт, с фиксированной частотой сети 50 Гц. Это не значит, что этот генератор не подходит, чтобы питать бытовые приборы. Переменный ток с этого генератора может преобразовываться в постоянный ток, с фиксированным напряжением, а постоянный ток уже можно использовать, чтобы питать светильники, нагрев воды, зарядку аккумуляторов, а можно поставить преобразователь для того, чтобы преобразовывался постоянный ток в переменный. Однако это уже выходит за рамки этой статьи :).

        На рисунке выше представлена простейшая схема мостового выпрямителя, который состоит из шести диодов. С помощью него переменный ток преобразовывается в постоянный.

        Место для установки ветрогенератора

        Ветрогенератор, который здесь представлен, был установлен на четырёхметровой опоре на краю горы. Трубный фланец, который установлен снизу генератора обеспечит простую и довольно быструю установку ветрогенератора, достаточно просто прикрутить четыре болта, но для надёжности, желательно приварить.

        Как правило, для горизонтальных ветрогенераторов лучше когда ветер дует с одного направления, в отличии от вертикальных ветряков, которые с помощью флюгера могут поворачиваться и поэтому им не важно направление ветра. Поскольку этот ветряк был установлен на берегу скалы, то ветер там создаёт турбулентные потоки с различных направлений, это не очень эффективно для этой конструкции.

        Другой фактор, который нужно учитывать, когда будете подбирать место установки, это сила ветра. Архив данных по силе ветра для вашей местности можете найти в интернете, но это будет не совсем точно, поскольку всё зависит от конкретного места. Также, в выборе места для установки вашего ветрогенератора может помочь анемометр (это устройство измеряет силу ветра).

        Немного о механике ветрогенератора

        Как правило, ветер появляется в связи с разностью температур на поверхности земли. Когда ветер начинает вращать турбины ветрогенератора, то он этим самым создаёт три силы: подъёмную, торможения и импульсную. Подъёмная сила как правило появляется над выпуклой поверхностью и является следствием разности давлений. Сила торможения ветра осуществляется за лопастями ветрогенератора, она считается нежелательной, поскольку из — за неё тормозится ветряк. Импульсная сила появляется по причине изогнутой формы лопастей. Если молекулы воздуха толкают лопасти сзади, то им потом просто некуда деться и поэтому они собираются позади них. В итоге, они толкают лопасти по направлению ветра. Чем больше подъёмная и импульсная силы и чем меньше сила торможения, тем быстрее будет происходить вращение лопастей. Соответственно вращается ротор, он создаёт магнитное поле на статоре. В результате этого происходит выработка электрической энергии.

        Здесь в архиве спрятана Схема расположения магнитов

        Это всё. Удачи вам, всего наилучшего.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *