Потужний мультиплікатор для вітряка своїми руками. Самостійне проектування та виготовлення вертикального вітряка на основі асинхронного двигуна. Відео: найпростіший вітрогенератор для освітлення дачі

До основних компонентів вітроустановок незалежно від виду належать: (Ротор), генератор, мультиплікатор, вежа, основа (фундамент).

Вітроколесо (ротор)

перетворює енергію вітрового потоку, що набігає, в механічну енергію обертання осі турбіни. Діаметр вітроколеса коливається від кількох метрів до десятків метрів. Частота обертання становить від 15 до 100 об/хв. Для з'єднання з електромережею частота обертання вітроколеса має бути постійною. В іншому випадку при змінній частоті (для автономних електросистем) використовується випрямляч і інвертор. Змінна частота допустима і в тому випадку, коли вітроустановки використовуються для систем теплопостачання, а також водопостачання та іншої механічної роботи.

Мультиплікатор вітряків

Проміжна ланка між вітроколесом та електрогенератором, що підвищує частоту обертання валу вітроколеса та забезпечує узгодження з оборотами генератора. Виняток становлять малу потужність зі спеціальними генераторами на постійних магнітах; у таких вітроустановках мультиплікатори зазвичай не застосовуються.

Вежа

Конструкція, на якій встановлюється, іноді її зміцнюють сталевими стяжками. У великої потужності висота вежі досягає 75 м. Зазвичай це циліндричні щогли, хоча застосовуються і ґратчасті вежі.

Основа (фундамент)

призначене для запобігання падінню установки при сильному вітрі.

Крім того, для захисту від поломок при сильних поривах вітру та ураганах майже всі ВЕУ великої потужності автоматично зупиняються, якщо швидкість вітру перевищує граничну величину. Для цілей обслуговування вони мають оснащуватися гальмівним пристроєм. Горизонтально-осьові ВЕУ мають у своєму складі пристрій, що забезпечує орієнтацію вітроколеса у напрямку вітру.

Людство протягом усього часу його розвитку робило як незначні, так і колосальні, що буквально змінювали когнітивну і об'єктивну реальність і уявлення відкриття, засновані на найширших спектрах існуючих законів на планеті Земля. Всі вони так чи інакше обумовлювалися певними факторами і були плодами потреб і необхідності поліпшити, створити, змінити, підлаштувати під себе. Виходячи з цього, на сьогоднішній день буквально дійшли того, що з'являються суворо індивідуальні потреби у використанні вже сучасних та ефективних приладів та механізмів, що дозволяють витягувати максимум із усього, що оточує. Йтиметься про такий пристрій, як вітроустановка (у народі – ветродуйка, ветродуй), а також про те, як все-таки зробити його своїми власними руками, витративши мінімум енергії та засобів, і отримавши максимальний результат.

Що таке вітровий генератор

Відмінним прикладом для поставлення вітрогенератора та його дії може стати відома комп'ютерна гра Майнкрафт, де вітрогенератори розкриті у всіх їхніх якостях. Влаштований середній міні-генератор певним чином.

Усі вітрогенератори у своїй сутності диференціюються на такі основні види:

Одні з найпоширеніших - роторні (вертикальні) вітрогенератори, що діють на основі осьового вертикального обертання, що здійснюється за допомогою ротора і лопатей.
Крильчасті вітрогенератори – горизонтальний механізм осьового обертання, що здійснюються за допомогою так званого колеса і має у своїй системі, як правило, пропелер.
Рідше також можна натрапити на барабанні вітрогенератори, що є, за своєю суттю, підвидом роторних і тих, що діють на тих же принципах, але в горизонтальній площині.

Звичайно, перші картинки, що спадають на думку при виникненні образу вітрогенератора - це лопаті, що обертаються, гвинт, хвіст, турбіна або, як її ще називають, вітротурбіна, так званий ротор.

Ключова ланка всієї діяльності – генератор, щогла, акумулятори, інвертор, підключений до електромережі, мультиплікатор (редуктор, за потреби) та флюгер.

Як зробити вітряк своїми руками

Вертикальні вітрогенератори є найбільш ефективними та простими у виготовленні та експлуатації, що обумовлює їх достатню поширеність, чи то спіральний чи прямий механізм.

Велике значення має як мета створення вітрогенератора, так і місцевість, на якій він буде встановлений, від чого і слід відштовхуватися при плануванні.

Існують основні моменти, що вимагають обов'язкової уваги при створенні вітрогенератора. Перше, що слід визначити, - звичайно ж двигун всього прогресу, серце всієї системи - генератор, який можна як придбати, так і зробити самому, що, по суті, вимагає певної вправності та вмінь, однак, за належного бажання, можна впоратися і новачкові . Залежно від поставленої мети, хочете серйозний апарат на 10кВт, 5кВт (5kW) або менш потужний на 12V, або більш маленький і простий ветродвіювач велосипедного зразка, що використовується як електрична установка на балконі квартири.

Вітровик може бути оснащений практично будь-яким генератором:

Будь то багатьом відомий сільський тракторний генератор;
Деталь зі старого комп'ютера чи ЕОМ;
А може це малошумний автомобільний мотор;
Елемент двигуна пральної машини має значення лише його працездатність.

Далі визначаємося з лопатями - тими самими об'єктами, що обертаються, нагадують лопаті млина. Лопаті можна виготовити з великої кількості матеріалів, найбільш перспективними і поширеними з яких є, наприклад, фанери, пластика, іноді жерсті (країв бочки, наприклад), ПВХ матеріалу і так далі. При виготовленні слід враховувати всі істотні фактори – як вплив відцентрової сили, так і розміри лопатей, потік вітру на місцевості та інші. Найбільш раціонально створювати крильчастого характеру, через підвищення ефективності, шляхом впливу на розподіл вітрового потоку.

Наступний крок – виготовлення приладу визначення швидкості та напрями вітру – флюгера. Є щось на зразок металевого прапорця, що змінює своє положення відповідно до потоків вітру. У роль флюгера може підійти будь-який порівняно міцний, але легкий шар металу.

Щогла - в її ролі може використовуватися також широкий спектр підручних засобів, наприклад, міцна водопровідна труба. Саморобний вітряний апарат (саморобки) цілком реально виготовити самому, як уже було описано, з максимально доступних засобів, причому сила вітряка залежить від матеріалів і продуманості використання в конкретних умовах. Найпростіший представник таких пристроїв цілком здатний створювати електрики на освітлення приміщення, зарядки пристроїв, а за належного бажання, навіть для забезпечення базових потреб порівняно невеликого заміського будиночка.

Підбір генератора для вітряка

Генератор – найважливіший елемент усієї установки, без якого неможливе створення жодного вольту електроенергії. Виготовити низькооборотний генератор самостійно з підручних засобів цілком реально, але слід підбирати всі елементи під конкретні цілі, адже якщо йдеться про потужну установку, то тут потрібні досить серйозні деталі.

Генератор включає:

Ротор – рухливий елемент у механізмі, що виконує оборотну функцію, а також на якому розміщено прилад, що отримує енергію від джерела (тіла).
Статор - тісно взаємопов'язаний елемент з ротором, що є нерухомим, що збирається, якщо йдеться про генератор, з металевих листів, приєднаних один до одного, і на якому розміщується індуктор (металева обмотка).
Неодимові магніти виконують індукційну функцію.

При цьому, для виконання функції генератора, залежно від мети, можна використовувати практично будь-який працездатний механізм, залишки тракторного двигуна або електромотор від принтера або стартера вентилятора.

Важливо, як підбирається мідний електродрот.

Якщо йдеться про виготовлення генератора з нуля, то тут потрібні елементи. Ступиця – середня частина колеса, металева основа для майбутнього моторчика. Неодимові магніти у певній кількості та розмірах. Необхідні металеві диски, на які кріпляться магніти, поліефірна смола або інший здатний закріпити та склеїти магнітний шар, щільний шар паперу, фанера.

Виготовлення вітрогенераторів своїми руками на 220В

Виготовити вітрогенератор потужністю 220 вольт цілком реально самому, і навіть це далеко не межа можливостей, за належного бажання та наявності необхідних матеріалів.

Відмінними рисами генераторів з порівняно значущою потужністю до дрібних з невеликою потужністю є:

Звичайно, потужніша електростанція вимагає більш надійних, міцних деталей та елементів, а також сильніший вітер.
Також при створенні та утриманні вітрогенераторів з потужністю, достатньою для утримання хоча б одного великого електропобутового приладу, обов'язковим елементом є акумулятор, що використовується для запасання зайвої енергії.
Потрібно враховувати, що для більшої кількості енергії, потрібна більш серйозна система контролю, що обумовлює вбудовування блоку управління, що включають до своєї системи стабілізатори напруги, такі вітряки.
Для більш серйозних та некомпактних систем потрібна відповідна стабільна установка.

З останнього випливає потреба в фундаменті, хоча б у вигляді невеликих підготовлених і залитих лунок для того, щоб встановити в них макет. лопаті такого приладу.

В іншому вітрогонератори на 220 В (у тому числі їх виготовлення) практично не відрізняються від інших представників і підпорядковуються загальним правилам, викладеним вище.

Найбільш поширений вітровий генератор, основа якого - аксіальна система вітроустановок, заснована на використанні в ній неодимових магнітів, що завоювали своє високе місце на ринку через якість, стійкість і доступність.

Етапи будівництва вітряків для дому своїми руками

Якщо говорити про заміську ділянку дачі або садибу, але слід розуміти, що чим більша потреба, тим більша вартість. Особливо, якщо мати на увазі мету опалення або постійного утримання всіх домашніх приладів, трудомісткість та утримання такого пристрою, нехай навіть він і є одним із найвигідніших.

Вітродвигун, як уже освітлювалося вище, цілком може виконувати функцію основного джерела електроенергії навіть для цілого будинку.

Якщо порівнювати з близькими аналогами, наприклад, сонячне джерело багато в чому поступається вітрякам, адже сонце буває не щодня, а електрогенератор і поготів вітрогенератору в економічній та екологічній складовій.

Основні компоненти вітрогенератора для домуЗвичайно ж, говорячи про вітрогенератор для будинку, слід розуміти, що необхідні всі базові елементи

Статор, ротор, індуктор, є основними складовими елементами генератора;
акумулятори для накопичення енергії;
Вітроуловлювач, якщо йдеться про маловітряну місцевість.

Крім того, при виготовленні також можна використовувати принципи винаходів ЗСУ Склярова, Бірюкова або Третьякова, що суттєво підвищить раціоналізм та вигоду використання системи та, для комфорту, зменшить шумові ефекти.

Інструкція: як зробити вітрогенератор своїми руками

Процес виготовлення вітрогенератора є творчим і те, як він буде влаштований залежить тільки від майстра. Немає універсальної інструкції, оскільки кожна конструкція – сукупність різних деталей та інших чинників кожного окремого випадку.

Робиться все за допомогою базових інструментів - шуруповерта, молотка, болгарки та інших.

Першим, що потрібно зробити при виготовленні вітрогенератора – це визначитися з метою та зробити базові розрахунки, креслення, визначити місце тощо. Далі слід зібрати та закріпити лопаті, хвіст до акумулятора (підключити до генератора).

Основна та найбільш оптимальна, апробована та докладна інструкція з виготовлення вітрогенератора своїми руками:

Виготовити генератор із заздалегідь приготовлених деталей – 2 підготовлені металеві млинці з неодимовими магнітами скріплюються один на одного, між якими вставляється статор з мідною обмоткою, що вже є на ній.
На щоглі (трубі) встановлюється опора (кронштейн), а над ним – маточина.
Далі на маточину слід встановити генератор, після чого статор потрібно з'єднати з опорою.
На іншу частину встановлюється вітротурбіна.

Забетонувати та побудувати основу конструкції, щоб стабілізувати її за сильного вітру, розрахувавши основні параметри, адже для значної установки крокової відстані може бути недостатньо.

Переваги саморобного вітрогенератора

Насамкінець, слід зазначити, що саморобний вітряний генератор - відмінний, сучасний і з кожним днем все більш доступне джерело енергії, що розповсюджується з неймовірною швидкістю. Основні переваги вітрогенератора, чого не можуть присвоїти електрогенератори на основі бензогенератора – висока економічність, доступність, ефективність, простота монтажу та експлуатації, сучасність, більшість – малошумні, екологічні.

Вітрогенератори на сьогоднішній день є перспективним і все більш ефективним засобом отримання електроенергії, що набирає обертів, при цьому є порівняльним економічними і цілком доступними, навіть для того, щоб зробити такий прилад своїми руками.

Вітрогенератор своїми руками: 4 кВт (відео)

Вітрогенератори-саморобки - чудовий спосіб дізнатися щось нове, спробувати в новій справі, а також зробити доступний і простий спосіб забезпечити будиночок електроенергією в найпростіших домашніх умовах.

Ідея побудувати власний вітряк у мене виникла ще в 2005 році, коли я тільки-но отримав землю в Мироділля. Ідея була досить абстрактна, але вже тоді хотілося мати не швидкий вітряк-пропелер, який перемеле в муку птахів і комах, що пролітають крізь нього, а повільний вітряк. На слуху був «вірусний вітряк».

Як я вже писав раніше, у 2008 році я обзавівся своєю першою сонячною батареєю. Вона справно постачає мене електрикою і досі. Проте взимку, як і слід було очікувати – її ефективність падає у 20-22 рази. Т. е. літня потужність в 120 Вт перетворюється взимку в 6 Вт (в похмуру погоду). А в мене одна світлодіодна лампа споживає 6Вт, а ще ноутбук 90Вт... Ось тут я згадав про ідею вітряка, яку обмірковував раніше. Очевидно було настав час ідею перетворювати на життя.

Отже, 2009 року я серйозно занурився в інтернет. Спочатку пошуки були спрямовані на вітрильний вітряк. У мене накопичилося чимало матеріалу щодо них – фотографії, відео, креслення деталей. Крім того, я досить здорово підняв свій рівень знань з аеродинаміки, теорії потоків, теорії вітрил і взагалі всієї цієї повітряної фізики. Сухий залишок цієї пошукової роботи був наступний: вітрильний вітряк - досить витратна за грошами, часом та складністю виготовлення справа. Маленький вітрильний вітряк не буває, нормальний діаметр лопатей починається від 5м. Так, ці вітряки ефективні, але використовувати їх для заряджання акумулятора - все одно, що забивати мікроскопом цвяхи. Нормальне застосування вітрильних вітряків - обігрів будинку чи теплиці. Чесно, я не був готовий до такого масштабного проекту. Принаймні - поки що. Я зрозумів що хочу щось простіше, нехай і менш потужне. Але що?

Тема будівництва вітряка виявилася близькою до багатьох наших сусідів. Багато хто теж включився в пошук оптимальної технології. Ближче до осені 2009р. Микита підказав мені подивитися на Youtube-відео про вертикальний вітряк, зроблений за технологією «Савоніус» - з двох половинок пластикової бочки. Так, я швидко знайшов потрібне відео. І на мене це виявилося - те, що потрібно! Ось він - тихохідний, недорогий, вертикально-осьовий вітряк, подібність яких в Америці будують самороби мало не на кожній фермі. І так, з виглядом вітряка я визначився, і став далі накопичувати інформацію щодо «Савоніусів».

В цілому, вертикально-осьовий (та й загалом будь-який) вітряк складається з: власне роторавітряка (як би лопаті) - те, що обертається під дією вітру, генератора- те, що перетворює механічну енергію крутіння ротора в електричну, та електронноїчастиною, яка включає всякі випрямлячі, перетворювачі і контролери заряду. Так, і звичайно не можна забувати про вежу, або те, що її замінює - загалом конструкцію, на якій вітряк обертається.

Врешті-решт у мене нарешті почав вимальовуватися проект. І майже наприкінці осені я був готовий до перших практичних кроків. Ось які вимоги я висунув вітряку: вітряк повинен почати виробляти електроенергію вже за вітру 4 м/c. Оскільки я збирався заряджати акумулятори, то генератор вітряка мав виробляти постійний струм, номіналом 12В. Вітряк має бути тихохідним. А також дешевий і простий у виготовленні.

До речі, відразу хочу прояснити питання – а чому саме саморобний вітряк, а не покупний. Насамперед я звичайно просканував усі наявні пропозиції щодо вітряків. В основному – це горизонтально-осьові вітряки, підняті на щоглі, з лопатями – «вертушками». Їхня потужність вражала, але на номінал вони виходили лише з 12 м/c. Вартість 500Вт вітряка становила 1000 $. Тихохідні вітряки – чи то вітрильні, «савоніуси» чи «дар'ї» – в основному саморобки.

Для тих, хто не хоче читати всю статтю, одразу напишу про результати. На сьогоднішній день (осінь 2011р) я таки збудував вітряк, і є досвід цілорічного його використання. Потужність за вітру 7-8 м/c ~ 50Вт. Далі потужність тільки зростає, але - на жаль у нас такі вітри рідко. Вартість всієї конструкції (включаючи електронну) – близько 15000 руб. Вітряк справді працює безшумно. "Ловить" найменший вітер, але електроенергію починає видавати при швидкості - 60 оборотів за хвилину (RPM). Чесно, не маючи в наявності точний анемометр (прилад для вимірювання швидкості вітру), складно провести точну паралель між електроенергією, що отримується, і швидкістю вітру, але це - приблизно 5-6 м/c. Чи варто займатися всім цим? Я отримав працюючий вітряк, чудово підняв фізику в цій темі, робота була цікавою та творчою. Загалом – я не шкодую ні витраченого часу ні витрачених грошей.

Підсумую моє рішення мотивацією вибору конструкції ротора і генератора вітряка.

Основні типи роторів вітряків такі: з лопатями як у літака (вертушки, «Класика»), горизонтально-осьові; з лопатями з листового матеріалу, зігнуті особливим чином («Савоніус»), ветрикально-осьові; з лопатями як у літака та вертикально-осьові («Дар'є»), з лопатями - вітрилами, натягнутими на спиці, горизонтально-осьові.

Конструкція горизонтально-осьових передбачає розміщення генератора в безпосередній близькості від ротора (тобто нагорі вишки). Постає питання необхідність повороту вітряка за вітром, як наслідок, необхідність механізму передачі електроенергії через кільця-токосъемники (прямо дроти вниз опускати не можна - перекрутяться). Зазвичай на таких, грамотно зроблених вітряках роблять штормовий захист - пристосу, що веде вітряк від занадто сильного вітру, або якось складає його, щоб уникнути поломки всієї конструкції.

У вертикально-осьових цих проблем немає – тому що ловить вітер він з будь-якого боку. Генератор за бажання можна робити внизу вежі, передаючи енергію кручення за допомогою валу. Ротори «Дар'є» – цікава штука, але потребує досить точного виконання лопатей. Тому я вибрав найпростіший тип ротора - Савоніус.

Генератор – серце вітряка. Спочатку я хотів купити готовий генератор. Але після ретельного з'ясування питання стало ясно, що тихохідних генераторів у вільному продажу немає. Автомобільний не підходить, оскільки починає виробляти струм при 1000 об/хв, що ще вирішується установкою додаткового компонента - мультиплікатора (який теж коштує грошей, шумить і відбирає свою частину ККД), а що не вирішується - це те, що в ньому стоїть котушка збудження, що власне і перетворює одну з його частин на електромагніт. Цієї проблеми немає в генераторах на постійних магнітах, причому чим сильніше ці магніти (найсучасніші - неодимові), тим сильніший генератор (але тим він і дорожче). Проблема була в продажу таких генераторів, але про це нижче.

Я писатиму про етапи виготовлення досить коротко. По-перше – все є в інтернеті. Не бачу сенсу писати про те саме. Якщо згадаю посилання на джерела – дам. Вартість того чи іншого вузла дана приблизна - просто вже не пам'ятаю, а кошторис не вів, точніше вів, але на самому початку. Моє завдання – розповісти про те, що це взагалі можливо зробити, розповісти про цю технологію, плюси та мінуси.

Виготовлення ротора

Отже, я зрозумів, що хочу зробити вертикально-осьовий ротор типу «Савоніус». Однак, копнувши глибше я зрозумів - що вітряки подібного плану мають найнижчі ККД (до 15-25%). Це зазвичай два напівциліндри, рознесені один щодо одного на деяку відстань, що утворює канал. Проблема «Савоніуса» (до речі, його теж винайшов російський, але патент оформив швед Савоніус) у тому, що вітер, провертаючи ротор за один напівциліндр, відразу починає тиснути на зворотний бік другого, звичайно з меншою силою, тому що він цей напівциліндр обтікає, але все ж таки... Хотілося дізнатися, чи можна «вичавити» з подібної конструкції максимум. Пошуки профілю лопатей привели мене до ротора, винайденого нашим радянським інженером К.А.Угрінським у середині минулого століття (десь я бачив 1946р). Його відмінність в тому, що в ньому використовується енергія відбитого від лопат потоку. Наведу цитати з книги Б.Б.Кажинський «Вільнопотокові гідроелектростанції малої потужності», Держенерговидав 1950 (стор.30-32):

«Інший пристрій лопатей, запропонований К. А. Угрінським, представлено на фіг. 11. Тут канал утворюється двома лопатями, форма поперечного профілю яких нагадує ківш з ручкою. Розглянемо, у чому полягають відмінні риси роботи цього нового ротора у вільному течії. Вода, що проходить через канал, двічі віддає свою енергію, як це було і в раніше описаних роторів.

Однак у той час, коли у цих роторів при обертаннях на місце круто зігнутої стінки першої лопаті швидко стає своїм внутрішнім вигином така ж круто вигнута частина другої лопаті, в новому роторі відбувається щось інше. Розглянемо цей процес докладніше.

Припустимо, що струмінь, що входить у канал, спочатку вдаряється об слабо вигнуту стінку першої частини лопаті. На її місце швидко стає круто вигнута стінка другої лопаті. Вона швидко змінюється слабо вигнутою частиною тієї ж другої лопаті, за якою набігає круто вигнута частина першої лопаті, тощо.

При першому ж погляді на профілі лопат нового ротора видно, що яке положення не зайняли б лопаті цього ротора щодо горизонтального напряму течії, ніякого «мертвого» положення немає. Завжди якась частина лопаті спрямована назустріч потоку і сприяє продовженню обертання ротора, а не його зупинці. Завдяки цьому багатоярусний пристрій для такого ротора необов'язковий.

Як основний розмір для цієї схеми ротора автором цих рядків прийнятий радіус диска R(фіг. 12). Але як і в попередніх випадках, збережено найважливішу умову, щоб середня частина каналу між лопатями дорівнювала 2/3 ширини гирла каналу.

Орієнтовне ККД – 41-46%. Вже можна працювати. Насправді винахідників подібних роторів у нас багато – Воронін Я.А., Кажинський Б.Є., Іванов В.А., Блінов Б.С., Угринський К.А., Бірюков Б.С., Новіков Ю.М. . Інформацію про останнє я дізнався зовсім недавно - треба було б у майбутньому випробувати і його.

Перш ніж остаточно утвердитися у своєму виборі, я вирішив зробити невеликі модельки роторів і пивних банок, щоб хоча б на око подивитися - який крутиться швидше за однакового вітру. Як крутиться Савоніус (праворуч) та ротор Угринського (ліворуч) – можна побачити на цьому відео внизу. Після таких випробувань у мене не залишалися сумніви – Угринський найкращий.

Як я зробив ротор? Як матеріал для лопатей я вибрав найтонший (0,5 мм) лист дюралю. Мені було очевидно, що чим легше буде конструкція ротора - тим легше він обертатиметься малим вітром. Тим більше, що це теж підтвердилося на маленьких модельках. Аркуш оцинкування - занадто важкий для таких речей. По торцях ротора повинні бути суцільні кола. Я вибрав фанеру 10мм. Це найважчий елемент – одне коло важить 3,5 кг. На колах був намальований профіль крила, який потім поглибив маленькою фрезою на 3мм. Це була нудотна робота, проте сенс її був у тому, щоб вставити в канавку лист лопаті. Конструкція ротора складалася з двох його частин, де лопаті було повернено на 90 градусів відносно один одного. Листи дюралю кріпилися до фанери за допомогою сталевих куточків (алюмінієвих не знайшлося) на болтики. Кожна половина ротора стягувалася двома шпильками з гайками d6 мм. По осі наскрізь ротор пронизує осьова шпилька d16. Вона кріпиться до кожного фанерного кола двома гайками з обох боків. Власне момент кручення і передається цією центральною віссю.

Фанерні кола двічі просякнуті оліфою. Усі гайки з гровер-шайбами. Діаметр ротора – 75 см, висота – 160 см. Загальна вага – близько 16 кг. Вартість – близько 3500 руб.

Час виготовлення не засікав, взагалі вся робота з вітряка йшла у вільний від іншої роботи час. Ротор я доробив уже взимку. Ми його витягли надвір і переконалися що вітер легко його провертає.

Виготовлення генератора

Отже, генератор на постійних магнітах... А нема їх у продажу ніфіга! Принаймні у відкритих джерелах. Є іноземні, зокрема китайські - але... те, що мені хотілося коштувало з доставкою від 400$. Загалом я вже почав серйозно подумувати про застосування високооборотного генератора (вони у продажу є) та мультиплікатора (справа в тому, що робоча швидкість обертів вітряка – 150-200 RPM, а таких генераторів – 800-1000 RPM). Але душа до цього не лежала. Додатковий механізм - мультиплікатор - буде шуміти, та й коштуватиме чимало.

Але одного разу я таки знайшов сайти, де люди ділилися своїм досвідом виготовлення таких генераторів в домашніх умовах. Почали, звісно, американці, але й наші за ними не відставали.

Небагато про те, як це працює. Генератор складається з двох частин - нерухомої (статора) і рухомої (ротора), яка здійснює щодо статора обертальні рухи. На статорі розташовуються котушки з мідного дроту, ці котушки певним чином з'єднуються. На роторі розташовуються постійні магніти. Ротор генератора обертається відносно статора - виходить магнітне поле, що обертається, яке і наводить в котушках електричних струм. Ротор генератора власне обертає вітряк.

У додатку до цієї статті є Excell-івський файл із розрахунками мого генератора.

Для початку я визначився з товщиною дроту і з розмірами магнітів, а також з діаметром залізного диска ротора (я вибрав для цього гальмівний диск від ВАЗа). Матеріал магнітів – Магніти NdFeB (неодимові) – половина вартість генератора, я замовляв у Пітерській фірмі “Компонетн Спб” (www.pmspb.ru). Форму циліндрів я вибрав простіше – циліндри, товщина 10мм, діаметр 30мм, магнітна потужність N33 (вважаються досить слабкі, взяв, бо були такі залишки на складі), 32 штуки (по 16 на ротор). Вартість одного магніту - 110 руб + 250 руб поштове пересилання, разом 3770 руб.

Виготовлення «електроніки»

На виході генератора отримую постійний трифазний струм. Його потрібно перетворити на постійний однофазний. Ми зібрали т.зв. міст Ларіонова на двох готових діодних зборках і конденсаторі, що згладжує. Номінали – чесно, не пам'ятаю, але розраховували великий струм. Конденсатор, на мою думку, на 2200 мкФ. Схема підключення така:

Підсумок

Про результати я писав у вступі, тому все, що мені залишається, це побажання на майбутнє.

Що хотілося б зробити в ідеалі? Упакувати генератор у гарний кожух, де верхня вісь генератора теж мала кріплення (зараз вона бовтається у повітрі). Кожух я спорудив із пластикового відра після того, як крижаний дощ забив геть-чисто генератор так, що він замерз. Довелося відкручувати все і тягти його до будинку (а важить він чимало).

Ще хочеться зробити вищу вишку, або навіть щоглу. Власне для вітряка потрібно всього два кріплення – верхнє та нижнє. Поки що думаю над 10м-трубою з привареною до неї швелерами. І майданчиком для генератора.

І все-таки хочеться спробувати буржуйські генератори за 400-500 $ ... Хоча це ж цілих дві саморобні батареї по 180 Вт!

Цю докладно описану конструкцію роторного вітрогенератора типу Савоніус я виявив на цьому чудовому сайті ось тут. Після прочитання матеріалу вирішив написати про цю конструкцію і про те, як все робилося.

З чого все починалося

Ідея побудувати вітрогенератор зародилася ще далекого 2005-го року, коли було отримано ділянку в родовому маєтку Мироділля. Там не було електрики і кожен вирішував цю проблему за своїм, в основному за рахунок сонячних панелей та бензогенераторів. Як тільки було збудовано будиночок, то насамперед треба було подумати про освітлення, і було придбано сонячну панель 120 ватів. Влітку вона добре працювала, але взимку її ефективність сильно впала і в похмурі дні вона давала струм всього 0,3-0,5А/год, це ніяк не влаштовувало, так як навіть на світ ледве вистачало, а ще треба було живити ноутбук і іншу дрібну електроніку.

Тому було вирішено побудувати вітрогенератор, щоб використовувати ще й енергію вітру. Спочатку було бажання збудувати вітрильний вітрогенератор. Такий тип вітрогенераторів дуже сподобався, і після деякого часу проведеного в інтернеті в голові і на комп'ютері накопичилося багато матеріалів за цими вітрогенераторами. щонайменше метрів п'ять.

Великий вітрогенератор не було можливості потягнути, але все ж таки дуже хотілося спробувати зробити вітрогенератор, хоча б невеликої потужності, для зарядки акумулятора. Горизонтальний пропелерний вітрогенератор відразу відпав так як вони галасливі, є складнощі з виготовленням токосьємних кілець і захистом вітрогенератора від сильного вітру, а також важко виготовити правильні лопаті.

Хотілося чогось простого та тихохідного, подивившись деякі відеоролики в інтернеті, дуже сподобалися вертикальні вітрогенератори типу Савоніус. По суті, це аналоги розрізаної бочки, половинки якої розсунуті в протилежні сторони. У пошуках інформації знайшов більш просунутий вигляд цих вітрогенераторів – ротор Угринського. Звичайні Савоніуси мають дуже маленький КИЕВ (коефіцієнт використання енергії вітру), він зазвичай всього 10-20%, а ротор Угринського має вищий КИЕВ за рахунок використання відбитої від лопат енергії вітру.

Нижче наочні картинки для розуміння принципу роботи цього ротора

Схема розмітки координат лопатей

КИЕВ ротора Угринського заявлено до 46%, а значить він не поступається горизонтальним вітрогенераторам. Ну а практика покаже, що і як.

Виготовлення лопатей.

Перш ніж братися за виготовлення ротора, спочатку були виготовлені модельки з пивних банок двох роторів. Одна модель класичного Савоніуса, а Друга Угринського. На модельках було помітно, що ротор Угринського працює помітно на більш високих оборотах у порівнянні з Савоніусом, і було прийнято рішення на користь Угринського. Вирішено було зробити подвійний ротор, один над другим з розворотом під 90 градусів щоб досягти більш рівного моменту, що крутить, і кращого старту.

Матеріали для ротора вибрані найпростіші та найдешевші. Лопаті зроблені з алюмінієвого листа товщиною 0,5 мм. З фанери товщиною 10мм вирізано три кола. Круги були розкреслені на малюнку вище і були зроблені борозенки глибиною 3 мм для вставки лопатей. Кріплення лопат зроблено на маленьких куточках і стягнуте на болтики. Додатково для міцності всієї збірки фанерні диски стягнуті шпильками по краях та в центрі, вийшло дуже жорстко та міцно.

Розмір ротора, що вийшов 75 * 160см, на матеріали ротора витрачено приблизно 3600 рублів.

Виготовлення генератора.

Перед тим як робити генератор було багато пошуків готового генератора, але їх у продажу майже немає, а те, що можна замовити через інтернет, коштувало пристойних грошей. У вертикальних вітрогенераторів невеликі обороти й у середньому цієї конструкції близько 150-200 об/м. А для таких обертів важко знайти щось готове і не потребує мультиплікатора.

У пошуках інформації на форумах виявилося багато людей, які роблять генератори самі і в цьому немає нічого складного. Рішення було ухвалено на користь саморобного генератора на постійних магнітах. За основу було взято класичну конструкцію аксіального генератора на постійних магнітах, зроблену на автомобільній маточині.

Насамперед були замовлені неодимові магніти шайби для цього генератора в кількості 32 шт. розміром 10*30мм. Поки йшли магніти, виготовлялися інші деталі генератора. Обчисливши всі розміри статора під ротор, зібраний з двох гальмівних дисків від автомобіля ВАЗ на ступиці заднього колеса, були намотані котушки.

Для намотування котушок зроблений простенький ручний верстат. Кількість котушок 12 по три на фазу, так як трифазний генератор. На дисках ротора буде по 16 магнітів, це співвідношення 4/3 замість 2/3, так генератор вийде тихохіднішим і потужнішим.

Для намотування котушок зроблений простий верстаток.

На папері розмічено місця розташування котушок статора.

Для заливання статора смолою виготовлено форму з фанери. Перед заливкою всі котушки були спаяні в зірку, а дроти виведені назовні прорізаними канальцями.

Котушки статора перед заливкою.

Свіжий залитий статор, перед заливкою на дно був постільний кружок зі склосітки, і після укладання котушок і заливкою епоксидною смолою поверх них був покладений другий кружок, це для додаткової міцності. До смоли доданий тальк для міцності, від цього вона біла.

Також смолою залиті і магніти на дисках.

А ось вже зібраний генератор, основа теж із фанери.

Після виготовлення генератор відразу було покручено руками на предмет вольт-амперної характеристики. До нього було підключено мотоциклетний акумулятор 12 вольт. До генератора була прироблена ручка та дивлячись на секундну стрілку та обертаючи генератор були отримані деякі дані. На акумулятор при 120 об/м вийшло 15 вольт 3,5А, швидше розкрутити рукою не дозволяє сильний опір генератора. Максимум у холосту на 240 об/м 43 вольти.

Електроніка

Для генератора був зібраний діодний міст, який був упакований у корпус, а на корпусі було змонтовано два прилади – це вольтметр і амперметр. Також знайомий електронник спаяв простенький контролер йому. Принцип контролера простий, при повному заряді акумуляторів контролер підключає додаткове навантаження, яке з'їдає всі надлишки енергії, щоб акумулятори не перезарядилися.

Перший контролер спаяний знайомим не зовсім влаштовував, тому був спаяний надійніший програмний контролер.

Встановлення вітрогенератора.

Для вітрогенератора був зроблений потужний каркас з дерев'яних брусків 10*5 см. Для надійності опорні бруски були вкопані в землю на 50 см, а також вся конструкція додатково посилена розтяжками, які прив'язувалися до куточків вбитих в землю. Така конструкція дуже практична і швидко встановлюється, а також у виготовленні простіше ніж зварена. Тому було прийнято рішення будувати з дерева, а метал дорого і зварювання нікуди вмикати поки що.

Ось уже готовий вітрогенератор. На цьому фото привід генератора прямий, але згодом був зроблений мультиплікатор для підняття обертів генератора.

Привід генератора ременной, передатне співвідношення можна змінювати заміною шківів.

Згодом генератор був з'єднаний з ротором через мультиплікатор. Загалом вітрогенератор видає 50 ватів на вітрі 7-8 м/с, зарядка починається на вітрі 5 м/с, хоча починає обертатися на вітрі 2-3 м/с, але обороти занадто маленькі для заряджання акумулятора.

У майбутньому планується підняти вітрогенератор вище і переробити деякі вузли установки, а тск-же можливе виготовлення нового більшого ротора.

Після остаточного фарбування щогли я встановив лопаті на мотор-генератор і підняв всю вітроустанову в бойове положення. Вітрогенератор одразу ожив і починав обертатися від невеликого вереру.

Для зручності я розмістив всю електроніку разом з акумуляторами в такій ось пластмасовій скриньці. Усередині знаходиться акумуляторна батарея, яку паралельно живлять генератор та сонячна батарея. Я просто взяв два використовувані на катерах 12 В акумулятори, які можна знайти в будь-якому магазині, що торгує автомобільними акумуляторами. З боків ящика я зробив два отвори під 12-вольтові вентилятори, вийняті зі старих комп'ютерів Mac G4s (на фото не показані).

Для того щоб генератор не переходив у режим мотора я поставив діод, який замикає можливість споживання така мотор-генератором, струм в цьому випадку тече тільки від генератора на акумулятри, а зворотний зв'язок блокує вбудований діод в силовий кабель живлення, що йде від щогли.

Далі я почав експериментувати з лапастями, пробував різні варіанти. Ставив навіть два комплекти лопат, але вітряк працював на дуже маленьких обертах і нічого не виробляв. Так як таки цей мотор не розрахований на роботу в якості генератора, він не хотів генерувати струм на невеликих оборотах, і я продовжив далі.

Пошукавши інфу з цих питань я дізнався, що вузькі лопаті більш спритні, і спробував зробити вже комплект білих лопат, які були довше і це дало свої результати, тепер вітрогенератор набирає значно більше обертів і починає давати досить хорошу напругу для заряджання акумуляторів.

Єдиний мінус у тому, що він не працює на малому вітрі. Ймовірно, щоб його одаптувати треба ставити мультиплікатор.

Нижче список усіх використаних матеріалів при побудові вітрогенератора

Сталевий лист розміром 254? 356 мм
Сталева трубка діаметром 6.3 мм, довжиною 254 мм
Фланець 1-1/4″ Сталева труба прямокутного перерізу 25 мм, довжиною 910 мм
Диск від циркулярної пилки з внутрішнім отвором 12.7 мм
Виправлення 15.9 мм? 12.7 мм для з'єднання диска з валом двигуна
Два металеві автомобільні хомути
Відрізок ПВХ труби діаметром 100 мм, довжиною 200 мм.
Відрізок труби ПВХ діаметром 200 мм, довжиною 760 мм (підійде і труба діаметром 160 мм)
Мотор постійного струму з постійними магнітами (переважно мотор від доріжки, що біжить 30 В або 260 В, 5 А)
Вісім 6 мм болтів з гаками та шайбами
Два саморізи по металу діаметром 6.3 мм
Випрямний діод на 10...40 А (чим потужніший, тим краще)

Більшість перерахованих вище деталей (крім двигуна) можна за один раз придбати в магазині «Все для дому». Що стосується моторів, найпопулярнішими типами вважаються старі мотори, що випускалися фірмою Ametek. Втім, підійде практично будь-який колекторний двигун постійного струму. Єдине що потрібно вимагати це щоб він дав не менше 1 вольт на кожні 25об/м.

Таким чином мотор при 300об/м зможе давати більше 12 вольт і заряджати акумулятор. Також можна підвищити швидкість обертання генератора поставивши мультиплікатор 1:3 або 1:4, але це ускладнить процес виготовлення і призведе до істотного збільшення діаметра лопатей. Зазвичай таких мультиплікаторів використовують готові редуктори від відрізних машинок.