Электрогенератор ветряной своими руками: Мини ветрогенератор своими руками

Мини ветрогенератор своими руками

В местах без электричества возникает проблема с подзарядкой смартфонов и прочей техники. Использование павербанка только временная мера. Гораздо надежней обзавестись бесплатным альтернативным источником энергии. В его качестве подойдет самодельный миниатюрный ветрогенератор. Его производительности вполне достаточно, чтобы подзаряжать смартфон.

Материалы:

Изготовление ветряка

Первым делом поясню о сердце нашего ветряка, которым является купленный на АлиЭкспресс мотор-мини генератор на 220В.

Это трехфазный безщеточный электродвигатель (мощностью 50 Вт), который при номинальных оборотах (10000 об./мин.) способен вырабатывать порядка 220 Вольт трехфазного напряжения. Но так как при помощи ветра такие обороты создать невозможно, нам доступно лишь слабое вращение, то такая турбина будет нам выдавать порядка 12-20 В. Этого будет достаточно для наших целей.
Берем ПВХ трубу.

На край канализационной ПВХ трубки 32 мм термоклеем приклеивается моторчик. Для надежности его нужно закрепить парой червячных хомутов.

Отступив 50 мм от двигателя, в трубе делается сквозное отверстие сверлом d10 мм, как на фото. Саму трубку нужно обрезать. Достаточно оставить 35-40 см.

На противоположном от моторчика краю трубы делается продольный рез длиной 25-30 мм. Нужно, чтобы он соответствовал направлению ранее проделанного отверстия.

Из куска пластика или оргстека вырезается хвост ветряка. С помощью термописталета он вклеивается в прорезь на трубке.

В отверстие трубки с моторчиком и хвостом вставляется болт М10. На него навинчивается гайка.

Далее насаживается подшипник, который поджимается второй гайкой.


ПВХ переходник из 32 мм на 50 мм насаживается на подшипник. Если тот немного меньше, то можно использовать проставку из кусочка трубки.


К переходнику присоединяется ПВХ труба 50 мм.

На вал моторчика нужно надеть лопасти. Их можно снять из перегоревшего вентилятора.

Если посадочный диаметр на лопастях немного больше, то следует насадить на вал подходящую трубочку и дополнительно воспользоваться термоклеем.

Чтобы защитить моторчик от осадков, на него наклеивается крышка. Для этого можно применить кусочек разрезанной вдоль канализационной трубки 50 мм.

Для закрепления ветрогенератора нужно сделать тяжелую стойку. Проще всего замешать бетон и залить в квадратную форму, выложенную из кирпича.

В полученную бетонную подушку вертикально вставляется ПВХ труба 50 мм, снятая с переходника на корпусе вентилятора. На второй день бетон уже достаточно крепкий, чтобы удерживать генератор.


При воздействии ветра генератор выдает энергию со скачущим напряжением, это нормально. При подсоединении светодиодной лампочки видно, что она мерцает. Припаиваем провода от моторчика сначала к трехфазному выпрямителю.

А затем к понижающему преобразователю напряжения.


После него подается стабильное напряжение без критических скачков, пригодное для зарядки смартфона напряжением 5В.

Это недорогой вполне простой в изготовлении ветрогенератор. Его можно поставить на балкон, если вы живете не на первом этаже. И ветра вполне должно хватить для зарядки АКБ сотового телефона.

Смотрите видео

Самодельный ветрогенератор своими руками, как сделать ветряк на 220В

Оплата электроэнергии на сегодняшний день занимает немалую долю в затратах на содержание жилища. В многоквартирных домах, единственный способ экономии — переход на энергосберегающие технологии, и оптимизация расходов по многотарифным схемам (ночной режим оплачивается по сниженным ценам). А при наличии приусадебного участка можно не только сэкономить на потреблении, но и организовать для частного дома самостоятельное энергообеспечение.

Это нормальная практика, которая зародилась в Европе и северной Америке, а последние пару десятилетий активно внедряется и в России. Однако оборудование для автономного энергоснабжения достаточно дорогое, окупаемость «в ноль» наступает не раннее, чем спустя 10 лет. В некоторых государствах, можно возвращать энергию в общественные сети по фиксированным тарифам, это сокращает время окупаемости. В Российской Федерации для оформления «кэшбека» требуется пройти ряд бюрократических процедур, поэтому большинство пользователей «бесплатной» энергии предпочитают строить ветряной генератор своими руками, и пользоваться им только для личных нужд.

Правовая сторона вопроса

Самодельный ветрогенератор для дома не попадает под запреты, его изготовление и применение не влечет за собой административного либо уголовного наказания. Если мощность ветряного генератора не превышает 5 кВт, он относится к бытовым устройствам, и не требует никаких согласований с местной энергетической компанией. Тем более, не требуется уплачивать какие-либо налоги, если вы не получаете прибыль при продаже электроэнергии. Кроме того, самодельный генерирующий ветряк даже с такой производительностью, требует сложных инженерных решений: смастерить его на тек просто. Поэтому мощность самоделки редко превышает 2 кВт.

Собственно, этой мощности обычно достаточно для энергоснабжения частного дома (конечно, если у вас нет бойлера и мощного кондиционера).

В данном случае, речь идет о федеральном законодательстве. Поэтому перед принятием решения об изготовлении ветряка своими руками, не лишним будет проверить наличие (отсутствие) субъектовых и муниципальных нормативных правовых актов, которые могут накладывать некоторые ограничения и запреты. Например, если ваш дом расположен на особо-охраняемой природной территории, использование ветровой энергии (а это природный ресурс) может потребовать дополнительных согласований.

Проблемы с законом могут возникнуть при наличии беспокойных соседей. Ветряки для дома относятся к индивидуальным постройкам, поэтому на них также распространяются некоторые ограничения:

• Высота мачты (даже если ветрогенератор без лопастей) не может превышать установленных в вашем регионе норм. Кроме того, могут действовать ограничения, связанные с расположением вашего участка. Например, над вами может проходить посадочная глиссада к ближайшему аэродрому. Или в непосредственной близости от вашего участка проходит линия электропередач. При падении, конструкция может повредить столбы или провода. Общие ограничения при нормальной ветровой нагрузке составляют 15 метров в высоту (некоторые самодельные ветряки взмывают на 30 метров). Если мачта и корпус устройства имеют большую площадь сечения, к вам могут предъявить претензии соседи, на чей участок падает тень. Понятно, что такие жалобы обычно возникают «из вредности», но правовая основа имеется.
• Шум от лопастей. Основной источник проблем с соседями. При работе классической горизонтальной конструкции, ветряк издает инфразвук. Это не просто неприятный шум, при достижении определенного уровня, волновые колебания воздуха оказывают неблагоприятное воздействие не организм человека и домашних животных. Самодельный генератор для ветряка, как правило, не является «шедевром» инженерной мысли, и сам по себе может издавать сильный шум. Крайне желательно официально протестировать ваше устройство в органах надзора (например, в СЭС), и получить письменное заключение о том, что установленные шумовые нормы не превышены.
• Электромагнитное излучение. Любой электроприбор излучает эфирные помехи. Возьмем, к примеру ветряк из автомобильного генератора. Для снижения уровня помех автомобильного приемника, в машине устанавливаются конденсаторные фильтры. При разработке проекта обязательно учитывайте этот момент.
  

  Важно! Любое генерирующее устройство должно быть заземлено. Помимо обеспечения безопасности, это поможет снизить уровень помех.

  Претензии могут быть предъявлены не только от соседей, у которых возникнут проблемы с приемом теле радио сигналов. Если неподалеку расположены промышленные или военные приемные центры, не лишним будет проверить уровень помех в подразделении контроля радиоэлектронных помех (РЭБ).

• Экология. Звучит парадоксально: казалось бы, вы используете экологически чистый агрегат, какие могут быть проблемы? Пропеллер, расположенный на высоте 15 метров и выше, может стать препятствием на пути миграции пернатых. Вращающиеся лопасти незаметны для птиц, и они легко попадают под удар.
  

  Совет: Чем больше у вас образуется документов, подтверждающих безопасность ветрогенератора для окружающих, тем проще будет впоследствии отражать «атаки» беспокойных соседей и назойливых проверяющих.

Разновидности генераторов

Прежде чем решить, как сделать ветрогенератор своими руками, рассмотрим особенности конструкции:

По расположению генератора устройство может быть горизонтальным или вертикальным

• Классическая конструкция — ось вращения расположена параллельно земле, плоскость лопастей — перпендикулярно. Такая схема предусматривает свободное вращение вокруг вертикальной оси, для позиционирования «по ветру».Чтобы плоскость вращения всегда занимала эффективное положения перпендикулярно направлению ветра, требуется хвостовое оперение, которое работает по принципу флюгера. Принцип действия простой: ветер меняет направление, воздействует на хвостовую плоскость, ось вращения генератора всегда расположена вдоль движения потока воздуха. Единственная сложность — подключение силовых кабелей. Если корпус генератора совершит несколько оборотов вокруг вертикальной оси, провода намотаются на мачту, и оборвутся. Поэтому требуется установка ограничителя. Он не позволяет совершить полный оборот, но приводит к зависанию) корпуса в мертвых зонах.Промышленные образцы имеют электронный регулятор слежения за направлением, и поворачивает корпус с помощью встроенного электромотора.Решить проблему можно с помощью цилиндрического пропеллера, который принимает воздушный поток как поперек, так и вдоль оси вращения. Правда, эффективность зависит от угла атаки. Чем больше ветер отклоняется от угла 90°, тем ниже КПД.Но такую конструкцию трудно сделать своими руками, из-за сложностей в аэродинамике движителя.
• Оптимальный вариант — вертикальные генераторы (то есть, ось вращения вала располагается перпендикулярно земле). При таком расположении аэродинамического движителя, вы вообще не зависите от направления ветра. Вращение одинаково эффективно, и зависит только от силы потока воздуха. Форма лопастей может быть самой разной, есть простор для инженерной мысли. Существует множество интересных аэродинамических проектов, разработанных научными учреждениями. Причем чертежи большинства их них представлены в свободном доступе. Причем конструкции, опубликованные в литературе технической направленности времен СССР, порой оказываются наиболее рациональными.Роторные винты имеют неоспоримое преимущество: вертикальный генератор закреплен статично, что упрощает электрическое подключение. Нет необходимости устанавливать ограничители вращения, как в горизонтальных схемах.

По номиналу генерируемого напряжения

• Ветрогенераторы, изготовленные своими руками на 220 вольт, не требуют дополнительных преобразователей величины напряжения, и являются конструкциями прямого применения. Однако их работа зависит от силы ветра. Как минимум, необходим стабилизатор на выходе, выполняющий функцию регулятора при разных оборотах вала. При отсутствии ветра, система просто не работает. Преимущества неоспоримы: как правило, используется мощный электродвигатель, на который можно устанавливать винт, непосредственно закрепив его к валу ротора. Переделки минимальны по трудозатратам, такие моторы уже имеют удобный постамент, остается лишь изготовить опорную площадку.Электродвигатели можно найти с минимальными финансовыми затратами: от любой списанной электроустановки. Например, промышленного вентилятора. Подходят и моторы от бытовой техники: стиральные машины, пылесосы.
• 12 вольт (реже 24 вольта). Наиболее популярная конструкция — ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора. Причем он демонтируется из автомобиля-донора в комплекте с преобразователем напряжения. Переделка схемы не требуется: на выходе мы получаем либо 14 вольт (в автомобиле таким напряжением заряжается аккумулятор), либо требуемые для питания вашей энергосистемы 12 вольт. Наличие шкива позволяет сконструировать ременную передачу с требуемым соотношением оборотов. Ответную часть также можно снять с автомобиля донора. При желании, лопасти крепятся непосредственно на вал.Такие ветрогенераторы можно использовать как для непосредственного подключения к потребителю, так и в автомобильном режиме, воспроизведя систему зарядки в комплекте с аккумулятором. Если для организации энергоснабжения требуется 12 вольт, питание берется напрямую с клемм аккумулятора. Для получения 220 вольт, используется преобразователь. Подходящий вариант — источник бесперебойного питания.Система работает следующим образом: если отбираемая мощность ниже, чем может обеспечить генератор — аккумуляторные батареи заряжаются. Если порог превышен — мощность генерируется от АКБ.

Типовые примеры самодельных ветрогенераторов

Устройство ветрогенератора одинаковое, вне зависимости от выбранной схемы.

• Пропеллер, который может быть установлен как непосредственно на вал генератора, так и с помощью ременной (цепной, шестеренной передачи).
• Собственно генератор. Это может быть готовое устройство (например, с автомобиля), либо обычный электродвигатель, который при вращении вырабатывает электроток.
• Инвертор, регулятор напряжения, стабилизатор — в зависимости от выбранного напряжения.
• Буферный элемент — аккумуляторные батареи, обеспечивающие непрерывность генерации, вне зависимости от наличия ветра.
• Установочная конструкция: мачта, кронштейн для монтажа на крыше.

Пропеллер

Можно изготовить из любого материала: хоть из пластиковых бутылок. Правда гибкие лопасти существенно ограничивают мощность.

Достаточно вырезать в них полости, для забора ветра.

Неплохой вариант — ветряк бытового из кулера. Вы получаете готовую конструкцию с профессионально выполненными лопастями и сбалансированным электродвигателем.

Аналогичная конструкция изготавливается из охладителя компьютерных блоков питания. Правда мощность такого генератора мизерная — разве что зажечь лампу на светодиодах, или зарядить мобильный телефон.

Тем не менее, система вполне работоспособна.

Неплохие лопасти получаются из алюминиевых листов. Материал доступен, его несложно отформовать, пропеллер получается достаточно легким.

Если вы создаете роторный пропеллер для вертикального генератора, можно воспользоваться жестяными банкам, разрезанными вдоль. Для мощных систем применяются половинки стальных бочек (вплоть до объема 200 литров).

Разумеется, придется с особой тщательностью подойти к вопросу надежности. Мощный каркас, вал на подшипниках.

Генератор

Как говорилось выше, можно использовать готовый автомобильный, или электродвигатель от промышленных электроустановок (бытовой техники). В качестве примера: ветрогенератор из шуруповерта. Используется вся конструкция: двигатель, редуктор, патрон для крепления лопастей.

Компактный генератор получается из шагового двигателя принтера. Опять же, мощности хватает лишь на питание светодиодного светильника или зарядного устройства смартфона. На природе — незаменимая вещь.

Если вы с паяльником «на ты», и неплохо разбираетесь в радиотехнике — генератор можно собрать самостоятельно. Популярная схема: ветрогенератор на неодимовых магнитах. Преимущества конструкции — можно самостоятельно рассчитать мощность под ветровую нагрузку в вашей местности. Почему неодимовые магниты? Компактность при высокой мощности.

Можно переделать ротор имеющегося генератора.

Либо создать собственную конструкцию, с изготовлением обмоток.

Эффективность такого ветряка на порядок выше, чем при использовании схемы с электродвигателем. Еще одно неоспоримое преимущество — компактность. Неодимовый генератор плоский, и его можно разместить непосредственно в центральной муфте пропеллера.

Мачта

Изготовление этого элемента не требует познаний в электронике, но от его прочности зависит жизнеспособность всего ветрогенератора.

Например, мачта высотой 10–15 метров требует грамотно рассчитанных растяжек и противовесов. Иначе сильный порыв ветра может завалить конструкцию.

Если мощность генератора не превышает 1 кВт, вес конструкции не такой большой, и вопросы прочности мачты отходят на второй план.

Итог

Самодельный ветрогенератор — не такая сложная конструкция, как может показаться на первый взгляд. С учетом высокой стоимости заводских изделий, можно изрядно сэкономить, изготовив домашнюю ветряную электростанцию и вполне доступных материалов. С учетом небольших затрат на создание ветряка, окупится он достаточно быстро.

Видео по теме

Ветрогенератор 💨 своими руками — самый простой способ по созданию ветрогенератора

В этой статье мы подробно разберем, как сделать ветрогенератор своими руками. Ведь быт современного человека без электроэнергии – трудно представим. И даже небольшие перебои в подаче электричества становятся порой «парализующим моментом» для нормальной жизни в собственном доме. А такие неполадки, приходится признать, для некоторых загородных поселков или населенных пунктов в сельской местности – увы, не редкость. Значит, необходимо каким-то образом обезопасить себя от неприятностей, обзавестись резервным источником энергии. А если принять в расчет еще и постоянно растущие тарифы, то наличие собственного источника, да еще и работающего практически «забесплатно», становится заветной мечтой многих владельцев домов.

Ветрогенератор своими руками

Одним из направлений развития «бесплатной энергетики» в наше время является использование энергии ветра. Многие, наверное, видели впечатляющие картины огромных ветряков, успешно применяемых в некоторых странах Европы – кое-где доля выработанной ветром энергии уже достигает нескольких десятков процентов от общего объема. Вот и возникает соблазн – а не попробовать ли и мне сделать ветрогенератор своими руками, чтобы раз и навсегда получить независимость от электросетей?

Вопрос резонный, но следует сразу несколько охладить пыл «мечтателя». Чтобы создать действительно качественную, производительную установку по выработке электроэнергии, требуются немалые знания в механике и электротехнике. Нужно быть весьма опытным мастером на все руки – предстоит целый ряд операций высокой сложности, требующих точного проектирования  и квалифицированного подхода в исполнении. По совокупности этих причин, как можно судить по обсуждениям на форумах, довольно много «соискателей» либо не получили ожидаемого результата, либо и вовсе отказались от задуманного проекта.

Поэтому в данной статье будет дана обзорная картина, показывающая общие проблемы и направления их решения в процессе создания ветрогенераторов. Можно будет примерно оценить масштабность работ и трезво взвесить свои возможности – стоит ли браться самому.

Что это такое – ветрогенератор? Общее устройство системы

Существует несколько способов получения электрической энергии – за счет воздействия потоком фотонов (световой, например, солнечные батареи), за счет определенных химических реакций (широко применяется в элементах питания), за счет разницы температур. Но шире всего в настоящее время используется преобразование кинетической энергии в электрическую. Это преобразование происходит в специальных устройствах, которые как раз и называются генераторами.

Принцип работы генератора преобразователя кинетической энергии в электрическую, раскрыт и описан еще в XIX веке Фарадеем.

Принцип устройства простейшего электрического генератора

Он заключается в том, что если проводящую рамку разместить в изменяющемся магнитном поле, то в ней будет индуцироваться электродвижущая сила, которая при замыкании цепи приведет к появлению электрического тока. А изменение магнитного потока можно добиться вращением этой рамки в магнитном поле, или создаваемом постоянными магнитами, или появляющегося в обмотках возбуждения. При изменении положения рамки меняется величина пересекающего ее магнитного потока. И чем выше скорость изменения, тем больше показатели и наводимой ЭДС. Таким образом, чем больше оборотов передается ротору (вращающейся части генератора), те большего напряжения можно добиться на выходе.

Схема, безусловно, показана с большими упрощениями, просто для уяснения принципа.

Передача вращения на ротор генератора может осуществляться по-разному. И один из путей найти бесплатный источник энергии, который приведет в движение кинематическую часть устройства – это «поймать» силу ветра. То есть примерно так же, как это удалось сделать когда-то создателям ветряных мельниц.

Таким образом, устройство ветрового генератора подразумевает наличие генерирующего устройства и механизма передачи его статору вращательного движения, то есть ветряка. Кроме того, обязательным условием становится конструкция, обеспечивающая надежную установку системы, так как ее часто приходится размещать на немалой высоте, чтобы полноценной «ловле ветра» не мешали естественные или искусственные препятствия. В ряде случаев используется еще и кинематическая передача, предназначенная для повышения количества оборотов ротора.

Один из примеров повышающей передачи вращения от ветряка на генератор

Но и это – еще не все. Наличие и скорость ветра – величины чаще всего крайне непостоянные. И ставить потребление выработанной энергии в зависимость от «капризов погоды» — дело неразумное. Поэтому ветрогенератор обычно работает в связке с системой аккумуляции энергии.

Примерная схема организации питания приборов потребления от электроэнергии, выработанной ветрогенератором

Выработанный ток выпрямляется, стабилизируется и через специальное устройство-контроллер или поступает непосредственно на дальнейшее потребление, или перенаправляется на зарядку включённых в схему мощных аккумуляторов. С аккумуляторов через инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный нужного напряжения и частоты, питание поступает к точкам потребления. Аккумуляторы становятся своеобразным буферным звеном: если текущая нагрузка меньше текущей (очень зависимой от силы ветра) мощности генератора, или если на протяжении какого-то времени и вовсе не подключены приборы потребления, то идет зарядка батарей. Если нагрузка становится выше вырабатываемой мощности –  батареи разряжаются.

Интересный момент – именно эта особенность ветровой энергетической установки позволяет планировать мощность самого генератора, не исходя из пиковых показателей нагрузки (за это будет отвечать в большей мере инвертор), а отталкиваясь из прогнозируемого потребления энергии в течение определенного периода (например, месяца).

Безусловно, в быту могут использоваться и более простые схемы. Например, ветровая установка просто обслуживает какое-то низковольтное осветительное оборудование и т.п.

Плюсы и минусы ветровых электростанций

Для примера посмотрим вначале на простейшую конструкцию ветрогенератора, которую сможет собрать даже школьник средних классов. Практическое применение такой «электростанции» – не особо широкое, но просто чтобы расширить свое понимание и обрести некоторые навыки – почему бы и нет?

Узнайте, как сделать солнечный воздушный коллектор своими руками, а также ознакомьтесь с подробным руководством, в специальной статье на нашем портале.

Миниатюрный ветрогенератор из старых компьютерных комплектующих

Понятно, что надеяться на сколь-нибудь значимое подспорье в плане экономии электроэнергии с такой «мини-электростанцией» — по меньшей мере наивно. Но задача иногда ставится иначе – создать источник питания для походных условий, например, для подключения небольшого фонаря  подсветки в палатке, для обеспечения работы радиоприемника, для возможности подзарядить гаджеты.

Встречается немало предложений использовать для подобных целей генератор, изготовленный из компьютерного кулера или электромотора от отслужившего свое принтера. Давайте посмотрим, что из этого может получиться.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемой операции
	Для начала – попытка сделать что-либо серьезное их обычного корпусного кулера. Питается такой вентилятор постоянным током, 12 вольт.
	В качестве привода используется бесщёточный двигатель, с обмоткой на статоре…
	…и расположенными кольцом постоянными магнитами на роторе.
	Некоторым может показаться, что достаточно совершить обратные действия, то есть подать вращающий момент на крыльчатку – и спокойно снять генерированное напряжение с контактов на входе (который превратиться в выход). Однако, это не совсем так. Простенький опыт показывает, что если раскрутить крыльчатку и подсоединить какой-нибудь маломощный светодиод к контактам разъема кулера, то, да, можно будет наблюдать не особо яркое его свечение. Но это, увы, предел возможностей такого «генератора».
	Причина – в нерациональной для генерации тока схеме расположения обмоток статора. Наводимые в них ЭДС в значительной мере «гасят» друг друга, и суммарные показатели напряжения получаются очень «скромными».
	Можно попробовать перемотать катушки статора – хотя бы в целях эксперимента. Для этого кулер придется разобрать. Вначале аккуратно поддевается ножом и снимается круглая наклейка, закрывающая все «внутренности» этой сборки.
	Вот что открылось под ней. Снимается центральная заглушка, под которой расположен подшипник крыльчатки-ротора с фиксатором.
	Производится разборка этого узла – снимается стопорная шайба, а затем аккуратно извлекаются шайбы подшипника скольжения.
	После этого крыльчатка-ротор свободно вынимается из корпуса-статора.
	Вот так выглядят обмотки статора, которые придется заменить.
	С платы аккуратно выпаиваются провода питания кулера.
	Чтобы снять старую обмотку, проще всего будет просто перерезать витки ножом…
	…а затем постепенно аккуратно удалить обрезки проволоки.
	В итоге должен получиться вот такой голый якорь статора. Как видно, на нем четыре сердечника, расположенных крестом. На них и будет наматываться новая обмотка.
	Работа несложная, но может показаться утомительной. Все четыре обмотки должны быть выполнены из одного провода, без разрывов. То есть их расположение будет последовательным. Число витков – чем больше, тем лучше. Соответственно, чем тоньше будет провод для намотки – тем больше получится витков. Естественно, количество витков на каждом из сердечников должно быть одинаковым – так что при выполнении операции намотки придется внимательно их считать. А вот направление обмотки будет меняться. На первом сердечнике витки ложатся по направлению часовой стрелки.
	Следующий сердечник: направление намотки витков – против часовой стрелки.
	На третьем сердечнике – вновь по часовой стрелке.
	И последний сердечник – витки против часовой стрелки.
	Статор после намотки. С двух концов этой обмотки будет сниматься сгенерированное напряжение – все по схеме простейшего генератора переменного тока.
	Плата, которая стояла в статоре кулера (с электролитическими конденсаторами) в данном случае не нужна – ее можно просто удалить. Статор заводится в свое гнездо – для его точной посадки там имеются шлицы.
	Концы проводов через окошко в корпусе выводятся вниз.
	К ним можно после зачистки и облуживания сразу припаять провода, которые пойдут на выпрямитель.
	Затем на место устанавливается крыльчатка-ротор. Производится сборка подшипника и фиксация стопорной шайбой – в противоположном проведенной разборке порядке
	Получившийся генератор будет выдавать переменное напряжение. То есть необходимо установить выпрямитель – диодный мост. Можно использовать готовую сборку, либо спаять самостоятельно из четырех диодов. Для сглаживания пульсации рекомендуется дополнить схему электролитическим конденсатором, естественно, с соблюдением полярности контактов. На иллюстрации показана очень упрощенная сборка схемы, так как вся работа проводится, по сути, лишь в экспериментальных целях. В качестве нагрузки к выпрямителю подключено четыре параллельно соединенных светодиода.
	Теперь – практическая проверка возможностей получившегося ветрогенератора. Крыльчатке рукой придается максимально возможное вращение. Да, светодиодная сборка отреагировала свечением, но назвать это успехом – вряд ли можно. Свечение неустойчивое, довольно тусклое. А замер напряжения показывает, что на максимальных оборотах оно едва достигает 2.3 вольт. Про силу тока и говорить не приходится. Возможные причины – слишком большой просвет между якорем статора и постоянным магнитом ротора. Для режима электропривода – достаточно, а вот для генератора – явно нет. Кроме того, и магнитные качества ротора – весьма слабенькие. И плюс ко всему – часть выработанной энергии неизбежно теряется в выпрямителе. Имеет ли смысл проводить в данном случае какую-либо доработку такого генератора? – наверное, нет. Вряд ли из подобной схемы можно будет «выжать» что-нибудь серьезное.
	Теперь – попытка использовать в качестве генерирующего устройства электропривод от разобранного принтера. Электродвигатель здесь коллекторный, со щетками, и это позволяет снимать постоянное напряжение, не прибегая к применению диодного моста. То есть потери однозначно будут меньше. Кроме того, никаких переработок (перемоток, перепаек контактов) при этом не требуется.
	Соединение вала электромотора (генератора) с крыльчаткой (опять же, взятой от обычного кулера), произведено с помощью муфты-переходника, на которой расположены две пары симметрично расположенных фиксирующих винтов.
	Одной парой винтов поджимается ось крыльчатки, второй – вал электромотора.
	Сам электродвигатель после припаивания проводов размещается в штатном цилиндрическом кожухе.
	При желании несложно придумать для такого ветрогенератора дополнительный корпус со стойкой (кронштейном) для закрепления, например, к оконной раме на балконе, или с подставкой, для временной установки, скажем, «на природе». Кроме того, как видно на иллюстрации, мастер придумал для своей модели еще и обтекаемый аэродинамический колпак.
	Что показали испытания этой модели? Если скорость ветра менее 4÷5 метров в секунду, то просто рабочей площади крыльчатки становится недостаточно, чтобы придать генератору сколь-нибудь значимую для выработки электроэнергии угловую скорость. При скорости в 5 м/с и выше ветрогенератор «оживает». Например, обеспечивает достаточно яркое свечение светодиодного фонаря.
	Вполне может он служить при таких условиях и источником питания для обычного небольшого радиоприемника. Уже положительный результат!
	А вот эксперимент с зарядкой мобильного телефона, увы, окончился неудачно. Да, на дисплее мобильника появляются признаки подключения зарядного устройства. Но этим все и ограничивается – самой зарядки не происходит. Объясняется просто – при вполне приемлемом напряжении на выходе сила тока в цепи зарядки, как показали замеры, не превышает 50 мА. То есть такой силы просто недостаточно, чтобы «впихнуть» заряд в аккумулятор. Для этого требуется хотя бы 0,5 А, то есть вдесятеро больше.

Но все же найти применение такому мини-ветрогенератору можно – в качестве источника питания дежурного освещения, светового маячка во дворе (в саду) или, опять же, радиоприёмника при выездах на природу.

Ну и плюс опыт выполнения подобных электромонтажных работ – он для многих начинающих вообще бесценен.

Но это, конечно, «игрушки» и пора перейти к более серьезным задачам.

Какие могут быть препятствия к установке личного ветрогенератора?

Прежде чем приступать к реализации такого довольно масштабного проекта, хозяину было бы логичным поинтересоваться, не будет ли к этому препятствий, так сказать, административного плана. Что об этом говорит законодательство?

• А говорит оно то, что если выходная мощность планируемого к установке ветрогенератора не превышает 1 кВт, то это вообще рассматривается, как одна из разновидностей бытовых приборов. То есть никак не попадает ни под какую регламентацию.

А что такое мощность в 1 кВт? Не слишком много, но вполне достаточно, например, для дачного или даже небольшого жилого дома. Если не применять отопительные электрические приборы, электроплиту, бойлер и иную мощную технику, то совокупно на все освещение, питание телевизора, ноутбука, на зарядку гаджетов – с лихвой будет хватать. И даже некоторый домашний электроинструмент, при разумном подходе к одновременному подключению устройств, можно будет использовать.  А с мощной аккумулирующей установкой откроются и более широкие возможности – за счет накопления энергии в периоды, когда потребление отсутствует или минимально.

Мощности ветрогенератора в 1 кВт, при которой он вообще с точки зрения закона рассматривается как бытовой прибор, порой бывает вполне достаточно для полного обеспечения небольшого загородного домика

• Не стоит переживать и хозяевам участков, собравшимся устанавливать более мощную систему. Порог, определяющий необходимость сертификации энергетических установок – 75 кВт. То есть никакие чиновники местной власти не имеют права своим решением потребовать прохождения каких-то разрешительных процедур.

Правда, перед началом реализации проекта стоит все же поинтересоваться особенностями регионального законодательства – нет ли там какой-то лазейки для «чиновничьего беспредела».

• Не облагаются такие электростанции и никакими налогами. Ветер пока что еще остается «бесплатным ресурсом», и если генератор используется исключительно для личного потребления энергии, то претензий к владельцам возникать не должно.
• Иное дело – конструкционные особенности ветряка. Иногда могут быть установлены ограничения на высоту мачты – этим стоит поинтересоваться заранее. Например, вблизи линий электропередач, вышек связи, аэродромов и т.п. Возможны и иные ограничения на высоту индивидуальных построек и сооружений. Иногда претензии приходят и со стороны экологических служб – дескать, самостоятельно установленные мачты могут стать помехой свободному перелету птиц. Маловероятно – но все же…
• Установленный и работающий ветрогенератор не должен стать причиной конфликта с соседями по участку. А вот здесь разнообразие претензий, в том числе и надуманных, бывает очень широким.

— Так, соседям может внушать опасение установленная мачта – что она в случае падения рухнет на забор и их участок. Вполне закономерная претензия.

— Далеко не все ветрогенераторы работают тихо. Наоборот – от некоторых исходит весьма внушительный низкочастотный шум и вибрация. И если хозяева, бывает, с этим готовы мириться, то соседям такой раздражающий фактор – совсем ни к чему. Значит, придется или договариваться, или принимать какие-то меры для недопущения сильного шума, или отказываться от ветряка.

Мощные промышленные ветровые турбины вообще по нормативам не должны располагаться ближе 300 метров от жилых домов. И даже на таком расстоянии шум и вибрации могут ощущаться.

Если вы уверены в своей правоте в этом вопросе, то уровень шума желательно измерить с помощью специального прибора — пригласить для этого специалиста и зафиксировать показатели документально. Появится весомый аргумент при решении возможных конфликтов.

— Не исключены претензии (возможно, что и «высосанные из пальца»), что после запуска такой мини-электростанции у соседей ухудшился прием телевизионного или радиосигнала, снизилось качество мобильной телефонной связи.

— Возможны и иные претензии, степень серьезности которых во многом зависит от уровня «мирного сосуществования» с соседями.

Узнайте, какие автономные электростанции для загородного дома возможно выбрать, в специальной статье на нашем портале.

Как быть? Выход видится один – договариваться заранее, а со своей стороны – постараться смонтировать систему так, чтобы она действительно причиняла минимум беспокойства (для себя же лучше). Если договоренность достигнута, и претензий к работающему вертогенератору у соседей нет, то это будет разумным закрепить каким-то произвольным, но письменным соглашением. Ощущения – дело субъективное, и то что сегодня кажется приемлемым, однажды, в период плохого настроения соседей, может «сменить полярность». И даже если вы будете уверены в том, что предъявляемые претензии надуманные – доказать обратное будет практически невозможно или чрезвычайно сложно.

• Кстати, еще раз вспомним о вибрации. Ветряки с мощностью более 1,5÷2 кВт ни в коем случае не рекомендуется устанавливать на крыше дома. Вибрационное воздействие вполне способно сделать свое «черное дело», постепенно расшатывая стропильную систему с кровлей или даже другие конструктивные элементы здания.
• При выборе места установки ветряка следует не упускать из виду и вопросы личной безопасности. Вращение лопастей даже при умеренном ветре происходит с очень высокой линейной скоростью. Случайно отколовшийся осколок или элемент крепежа может развить скорость более 100 км/час, то есть представлять весьма серьезную опасность для человека.

Насколько выгодной (или наоборот) может оказаться реализация проекта?

Как уже становится потихоньку понятно, проблем с установкой ветровой электростанции – больше, чем хотелось бы. И при этом еще необходимо трезво оценивать реальные условия. Прежде всего – средний уровень ветров, характерных для данной местности. Иногда просто не имеет смысла связываться.

Карта-схема среднегодовой скорости ветра на территории России

На карте-схеме выше показаны примерные значения среднегодовой скорости ветра по регионам России. Понятно, что эти данные – ну очень ориентировочные. Но их всегда можно уточнить в местной метеорологической службе. Или, наверняка, их знают и в строительных компаниях города (района).

Плюс к этому (точнее сказать – минус) – свободному движению ветра могут мешать естественные (складки рельефа, высокие деревья и т.п.) или искусственные (высокая застройка) препятствия. В таких условиях приходится увеличивать высоту мачты, чтобы «поймать» ветер над препятствием, но это превращается в очень сложную, дорогостоящую и небезопасную технологическую проблему.

Наверное, будет интересно заранее посмотреть, на что можно рассчитывать. То есть какой ожидаемый приток бесплатной энергии возможен в зависимости от мощности генератора и среднегодовой скорости ветра.

Смотрим в таблицу.

(Значения паспортной мощности указаны для скорости ветра в 12 м/с – именно такой показатель очень часто встречается в технических характеристиках установок, предлагаемых в продаже – от него идёт расчет номинальных значений).

Ожидаемое количество выработанной электроэнергии (кВт в месяц) в зависимости от номинальной мощности ветрогенератора и среднегодовой скорости ветра в месте его установки.

Номинальная мощность ветрогенератора, кВт, рассчитанная для скорости ветра 12 м/с	Среднегодовая скорость ветра в месте установки ветрогенератора, м/с
	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0
0,3	1.5	3	4.5	12	36	108
1,0	4.8	9.6	14.4	38.4	115	345
2,0	9.6	19.2	28.8	76.8	230	690
3,0	14.4	28.8	43.2	115	345	1035
5,0	24	48	72	192	575	1725

И видим, что ожидать каких-то чудес – не приходится.

Например, довольно мощный, недешевый и сложный в установке ветрогенератор паспортной номинальной мощностью в 3 кВт, размещенный на местности, где среднегодовая скорость ветра не превышает 3 м/с, выработает в течение месяца всего 43,2 кВт электроэнергии. И это еще – в лучшем случае, и без учета неизбежных потерь при передаче и преобразовании электрического тока.

Вот и считайте, какова предполагается экономия, выраженная в рублях (с привязкой к местным тарифам), и за какое количество лет ветровая энергетическая установка в таких условиях себя окупит…

Такая таблица хороша в том случае, если известна номинальная мощность приобретаемой готовой модели. А как спрогнозировать мощность, если ветрогенератор планируется изготавливать самостоятельно?

Подсчитать мощность ветрового потока можно по следующей формуле:

W = 0.5 × ρ × Sr × V³

Символами в формуле обозначены:

W — мощность ветрового потока, проходящего через определенную площадь.

ρ — плотность воздуха (можно принять усредненное значение 1,25 кг/м³).

Sr — площадь, с которой «снимается» энергия ветра. В приложении к горизонтальным ветрогенераторам – это площадь ротора, то есть круга, ограниченного длиной лопастей.

V -— расчетная скорость ветра.

Понятно, что далеко не вся энергия, переносимая ветром, будет преобразована в электрическую. Часть воздушного потока расходуется на образование завихрений, на обтекание конструкции. Кроме того, неизбежны потери общего плана, свойственные для любых механизмов – преодоление силы трения, нагрев и т.п. В итоге обычно можно всерьез говорить о полезном использовании всего порядка 30÷40% от потенциала ветрового потока.

Поэтому формулу лучше представить вот в таком виде:

Wg = 0.5 × ρ × ξ × Sr × V³ × ηg × ηr

Разбираемся с добавившимися в формулу величинами:

ξ — это коэффициент использования ветровой энергии. С некоторой долей условности его можно назвать и коэффициентом полезного действия ветрогенератора. В реальных условиях эксплуатации даже для быстроходных установок с лопастями аэродинамического профиля, при номинальных показателях скорости ветра значение коэффициента обычно лежит в пределах 0,35÷0,45. Для расчетов прогнозируемой мощности энергоустановки можно взять усредненное значение — 0,4. Только в некоторых высокотехнологичных ветрогенераторах с практически идеальными аэродинамическими формами лопастей удается достичь значения этого коэффициента в 0,5 или даже несколько выше.

ηg — коэффициент полезного действия самого генератора. Обычно не поднимается выше 0,85.

ηr — коэффициент полезного действия редуктора (если он используется в схеме). Тоже обычно ограничивается показателем 0,9. Если вращение передается на генератор напрямую, без механического преобразования, то эту величину можно оставить равной 1,0.

Вот с этой формулой уже можно подсчитать более приближенные к реалиям показатели мощности планируемого к установке ветрогенератора.

Чтобы облегчить читателю задачу, составлен специальный онлайн-калькулятор, который выполнит расчеты буквально за секунды.

Калькулятор расчета прогнозируемой мощности ветрового генератора

Перейти к расчётам

Обычно расчеты проводят для двух скоростей ветра.

• При указании среднегодовой скорости можно представить, на какое количество выработанной энергии можно рассчитывать в определенный период времени – обычно это исчисляется месяцами или даже полным годом.
• Номинальная же мощность установки обычно вычисляется по так называемой расчётной скорости ветра, которая, впрочем, не должна превышать среднегодовую более, чем в 1.5 ÷ 2.0 раза.

Итак, прежде чем приступать к реализации задуманной установки ветрогенератора, стоит все же просчитать, на что можно рассчитывать при его дальнейшей эксплуатации. В большинстве случаев говорить о реальном режиме экономии материальных средств – неблагоразумно. Затраты на приобретение системы (или комплектующих для ее создания) и ее установку ожидаются немалые, а отдача, как видно по расчетам – не особо впечатляющая.

Иными словами, такой проект можно назвать, скорее, инвестицией в будущее, но никак не ожидать от запуска энергетической установки сиюминутной отдачи. Правильнее, наверное, ее будет рассматривать в качестве вспомогательного источника энергии или резервного, на случаи перебоев в линиях электропередач, если этим грешат местные электросети.

Цены на солнечные модули DELTA

Солнечный модуль DELTA

Иное дело, если по каким-либо причинам подведение ЛЭП к объекту (дому) становится или невозможным, или чрезвычайно затратным. Тогда, действительно, приходится рассчитывать только на автономные источники электроэнергии. В таких ситуациях видится оптимальным сочетание ветрового генератора и дизельной (бензиновой) энергетической установки. При хороших показателях скорости ветра энергообеспечение ложится на ветрогенератор, в периоды штиля или очень слабого ветра придётся переходить на жидкотопливный агрегат.

Примерная блок-схема автономной системы энергоснабжения дома с использованием нескольких источников выработки энергии

Кстати, еще одним помощником в общей схеме энергообеспечения дома могут стать и солнечные батареи – этот источник при создании полностью автономной системы тоже никак нельзя сбрасывать со счетов.

Основные узлы и агрегаты самостоятельно создаваемого ветрогенератора

Еще раз повторимся – целью статьи не является публикация точных чертежей и инструкций по самостоятельной сборке ветрового генератора. По мнению автора – это и вовсе сделать невозможно, по крайней мере в полном отрыве от информации о конкретных условиях установки такой системы. А тот массив публикаций в интернете, который преподносится в качестве руководств к созданию ВУЭ своими руками – по большей части таковым не является.

Без расчетов, без детально продуманного проекта, без багажа определённых знаний и умений приступать к такому делу и вовсе не стоит. А проектирование действительно работающей и приносящей ощутимый эффект системы – все же задача для специалистов.

Но народный энтузиазм – неистребим, и многие домашние мастера на свой страх и риск все же стремятся создать такие источники автономного питания. И если желание попробовать собственные силы преобладает, то можно подсмотреть, как это уже пытались сделать другие.

Итак, конструктивно всю систему можно разделить на несколько основных узлов и агрегатов:

• Ветряк с устройством стабилизации положения и с передачей вращательного момента на вал генератора.
• Конструкция, обеспечивающая установку ветряка с генератором на требуемой высоте.
• Собственно, само генерирующее устройство, в котором происходит преобразование вращательного движения в электрическую энергию.
• Электрическая схема, обеспечивающая контроль и дальнейшее использование выработанной энергии.

Электрическую часть «оставим в покое» — здесь вообще отдельный вопрос, требующий очень пристального профессионального рассмотрения. А с остальными попробуем внести некоторую ясность.

Конструкция ветряка

Ветряк – самая заметная часть общей конструкции. Именно ему «поручается» преобразовать поступательно перемещение воздуха (ветра) во вращательное движение ротора генератора. И, как мы видели из расчетов, размеры ветряка напрямую влияют на мощностные показатели энергоустановки — чем больше площадь охватывания ветром, тем больших результатов можно ожидать.

По расположению оси вращения ветряки могут быть горизонтальными и вертикальными.

Ветряки с горизонтальной осью вращения

Ветряки горизонтального исполнения отличаются большим количеством оборотов и более высокими показателями мощности. Опять же, в силу немалой площади, с которой снимается кинетическая энергия ветра.

Ветряк с горизонтальным расположением оси вращения. Такие модели обычно отличаются более высокими показателями скорости и преобразуемой энергии.

Лопасти ветряка могут быть жесткими или парусного типа. Но парусные, хотя они зачастую бывают и легче, и проще в изготовлении, не показывают нужных для эффективного ветрогенератора значений скорости вращения. Обычно их применяют в тех механизмах, где важно само стабильное вращение, так сказать, «ради вращения». Классическим примером могут служить ветряные мельницы или помпы.

Ветряк с лопастями парусного типа – высоких скоростей и показателей мощности от такого ожидать не приходится

Кроме того, парусные лопасти не столь долговечны и требуют довольно частного ремонта – перетяжки.

А для выработки электроэнергии оптимальным вариантом все же считаются жесткие лопасти с аэродинамическим профилем. При нормальном ветре за счет сочетания приложения нескольких сил они способны создавать скорость вращения в 1000 и даже более оборотов в минуту.

Кстати, гнаться за количеством лопастей – совершенно бессмысленное занятие. Оптимальную производительность как раз показывают ветряки с  двумя или тремя лопастями. Если посмотреть на многочисленные иллюстрации в интернете, то видно, что преимущественно ветрогенераторы заводского изготовления – трехлопастные.

Среди великого многообразия моделей горизонтальных ветряков преобладают все же трехлопастные

Можно, безусловно, встретит и другое количество лопастей – есть модели и вообще с одной. Но именно трехлопастные считаются той «золотой серединой», которая обеспечивает и эффективность работы, и высокие скорости, и простоту в балансировке.

Такое тоже встречается, но уже значительно реже

А вот возрастание числа лопастей (парадоксально, но факт) только ухудшает показатели ветровой установки. Возникающие завихрения и зоны разряжения воздуха приводят к лишнему торможению вращения. Так что определяющими становятся не количество, а длина лопастей и скорость их вращения.

Несмотря на то что конфигурация лопастей – довольно сложная штука, их успешно мастерят и самостоятельно, например, раскраивая жесткие пластиковые трубы среднего диаметра. Например, канализационная труба, распущенная вдоль на четыре одинаковых сектора, послужит заготовкой для изготовления трех лопастей. (Один сектор останется в запасе – можно из него сделать лекало, чтобы в любой момент по имеющемуся образцу вырезать новую лопасть для замены вышедшей из строя).

Если в качестве исходного материала решено использовать пластиковую трубу, то лучше взять оранжевую – она и прочнее, и долговечнее

Стоят трубы недорого, так что с формами лопастей вполне можно поэкспериментировать. Обычно вначале вырезается и обрабатывается одна лопасть. А в дальнейшем – она уже служит шаблоном для изготовления остальных.

Опытные мастера, уже опробовавшие эту схему, рекомендуют придерживаться определённого соотношения длины лопасти и диаметра предназначенной для ее изготовления трубы – 5:1. То есть, например, для метровой лопасти лучше применить трубу диаметром 200 мм.

Цены на ПВХ трубы

ПВХ труба 200 мм

В интернете можно отыскать уже готовые рекомендуемые лекала для изготовления лопастей из трубы. В таких схемах просчитаны и проставлены оптимальные размеры, и остается только перенести их на заготовки.

Для примера – парочка таких лекал для трехлопастного ветряка разного диаметра:

Чертеж 1 – лопасть из трубы 200 мм для ветряка диаметром 1700 мм

Лекало для лопасти длиной 850 мм

Чертёж 2 – лопасть из трубы 250 мм для ветряка диаметром 2300 мм

Лекало для лопасти длиной 1150 мм

Естественно, изготовленные лопасти следует тщательно обработать, придав им обтекаемую форму. В ход последовательно идут напильники, надфили, мелкозернистая наждачная бумага.

Если оставить лопасти вот в таком, необработанном виде, то ничего хорошего от работы ветряка ждать не приходится – сопротивление из-за создаваемых завихрений будет слишком большим, что скажется и на эффективности, и на шумности работы энергетической установки.

Имеет значение и профиль обрабатываемой кромки. По той стороне, которая будет «разрезать» воздух, кромка шлифуется до обтекаемой округлой формы. С противоположной стороны делается заострение на внешнюю сторону – для облегчения схода с плоскости лопасти воздушного потока.

Профили обработки кромок лопасти

Существует и немало других, правда – более сложных в исполнении, но и более надежных вариантов изготовлении лопастей. Так, хорошими показателями традиционно обладают алюминиевые «крылья», которым может придаваться или такая же, как у трубчатых, изогнутая форма в сечении, или даже коробчатая.

Можно отыскать интересный материал по изготовлению объемных лопастей из стеклоткани с последующей пропиткой эпоксидной смолой. Для этого сначала изготавливается матрица – деревянный шаблон, выполненный точно по форме будущей лопасти.

Затем по этой матрице изготавливаются две стеклотканевые детали одной лопасти, которые впоследствии склеиваются в одну полую, очень легкую и, вместе с тем, прочную деталь. Но это уже, если честно, «высший пилотаж» мастерства, доступный только для опытных мастеров.

Стеклотканевые заготовки – из таких половинок будет склеиваться цельная полая лопасть ветряка

Лопасти после тщательно проведенной разметки крепятся к ступице винта – обычно для этого используют резьбовое соединения. А ступица уже будет непосредственно соединяться с валом генератора, или через систему передачи с повышением числа оборотов.

Один из вариантов крепления лопастей в ступице ветрякаМноголопастный винт неспособен давать большое количество оборотов, но зато чутко реагирует на небольшой ветер. Повысить угловую скорость вала генератора можно и вот таким нехитрым способом. Ступица ветряка, кстати, изготовлена из обычного велосипедного колеса, которое стало одновременно шкивом для ременной передачи.Вариант зубчатой повышающей передачи вращения на вал генератора. Как видно, в ход пошли запчасти от старого шуруповерта. Хорошо видна хвостовая часть флюгерной станины с вертикальным килем.

• Важным элементом конструкции ветряка всегда является вся флюгерная часть — поворотная станина, на которой, собственно, и размещаешься сам винт, передача и генерирующее устройство. Естественно, и материал изготовления, и сама сборка должны выдерживать немалые нагрузки, в том числе – и динамические, и вибрационного плана.

В задней части предусматривается хвостовик, который оснащается вертикальной пластиной – килем. Это позволяет правильно позиционировать винт ветряка относительно направления ветра – перпендикулярно ему. Естественно, хвостовик еще и играет роль противовеса – для балансировки всей флюгерной части ветрогенератора относительно оси мачты.

Кстати, в «продуманных» моделях ветрогенератора предусматривается система изменения угла атаки ветра – это позволяет сохранить целостность конструкции при резких порывах или аномально сильном ветре. Один из вариантов показан на схеме ниже.

Механизм изменения положения плоскости вращения ветряка относительно направления ветра (вид сверху)

Сам ветряк (поз. 1) соединён с хвостовиком, оснащенным килем (поз. 2), не жестко, а через шарнир. Кроме того, в конструкцию добавлен еще один элемент – боковая лопатка (поз. 4), которая в точке шарнира жестко соединена с ветряком и расположена перпендикулярно ему. Исходное, нормальное положение роторной части обеспечивается усилием пружины (поз. 5).

Если скорость ветра – в пределах нормы, то ветряк и хвостовик с килем, как им и положено, расположены соосно. И плоскость вращения винта – перпендикулярна направлению ветра.

При усилении ветра лопатка, за счет своей парусности, начинает, растягивая пружину, отклоняться назад, и тем самым ветер попадает на винт уже не перпендикулярно, а под определенным углом. Снижается площадь «контакта», соответственно – и мощность генератора. То есть происходит своеобразное предохранение и конструкции всего ветряка в целом, и генерирующего устройства – от перегрузки и перегорания. При очень больших скоростях лопатка и вовсе выведет ветряк из работы – плоскость вращения встанет параллельно направлению ветра.

Ветряки с вертикальной осью вращения

Такую схему тоже применяют достаточно часто, так как она обладает рядом преимуществ. Ветряки такой компоновки (их обычно называют роторными) очень чувствительны даже к небольшим скоростям ветра. Достоинством является и то, что их работа сопряжена с гораздо меньшим уровнем шума и вибрации, поэтому их зачатую без особой опаски монтируют на крышах, что для осевых ветряков, как мы помним, противопоказано. Мало того, нередко такие ветряки, исполненные «с любовью» и проявлением креативности мышления, становятся даже оригинальным украшением внешнего облика дома.

Несколько примеров ветряков с вертикальной осью вращения

Вертикальная ось позволяет разместить тяжеловесное генерирующее устройство не на большой высоте, а в более удобном для эксплуатации и регулярного обслуживания месте. Это снимает ряд проблем, касающихся конструкции мачты.

Для самостоятельного изготовления лопастей таких ветряков широко используются разрезанные на сектора емкости – старые металлические или пластиковые бочки, выварки, баки и т.п. Вполне можно применить и обычные листы оцинкованного металла, закрепив их на рамах. Нет особых ограничений по конструкции ступицы с рамами для размещения лопастей.

Примеры самодельных ветряков вертикального расположения – изготовлены из бочек и из металлических оцинкованных листов

Одним словом, просторов для творчества, применимого к имеющимся в хозяйстве материалам — здесь намного больше.

Но есть у них и главный недостаток, который во многом перечеркивает достоинства. Просто по своей конструкции такие энергетические установки значительно уступают в показателях мощности осевым горизонтальным. Упоминавшийся выше коэффициент использования энергии ветра при таком расположении ветряка обычно не превышает 0,2, то есть практически вдвое ниже. Да и по показателям скорости вращения они несопоставимы. Линейная скорость такого ветряка у края лопасти просто физически не может быть выше скорости ветра. А при довольно большом радиусе колеса угловая скорость и вовсе получается совсем незначительной.

А для генерирующих устройств количество оборотов зачастую является определяющим моментом, от которого зависит их возможность выработки электроэнергии. Значит, придется применять довольно сложную систему передачи вращательного момента. Это и усложняет конструкцию, и приводит к дополнительным потерям.

Впрочем, немало сторонников и именно у такой схемы – умельцы находят способы минимизировать ее негативные качества.

В контексте данной статьи к этой схеме мы больше возвращаться не станем – она требует и отдельных расчётов (показанный выше алгоритм для нее не подходит), и более глубокого изучения особенностей конструкции. Так что лучше ей отвести отдельную публикацию, которая обязательно появится на страницах нашего портала.  А пока – заполним «вакуум» небольшим видеосюжетом на эту тему.

Видео: Самодельный вертикальный ветрогенератор в работе

Мачта и поворотное устройство

Ветрогенератор должен быть поднят на нужную высоту, и всей флюгерной части необходимо предоставить возможность вращаться в горизонтальной плоскости, следуя за направлением ветра.

• Мачта – один из очень непростых в изготовлении и монтаже элементов конструкции ветрогенератора. Особенно если обстоятельства вынуждают поднимать ветряк с генератором на большую высоту. Саму-то мачту порой установить не так просто – а здесь еще и массивный габаритный груз на верхушке!

Очень удачный вариант – это готовая мачта, специально предназначенная для подобных целей. В ней уже заложена шарнирная или телескопическая конструкция для последовательных действий при монтаже – крепления нижней части и затем – установка верхней части с «полезным грузом» на нужную высоту.

Установка мачты с ветрогенератором с шарнирным соединением нижней и верхней секции и общим их креплением к фундаменту

Такие мачты, безусловно, недешевы, но нечто подобное можно смастерить и самостоятельно из труб разного диаметра.

В любом случае мачту, конечно, в грунт не воткнешь и просто на голую землю не поставишь. Значит, ей необходим достаточно мощный фундамент. В процессе его армирования укладывается или закладная гильза, в которую впоследствии будет вставляться труба мачты, или закладные анкеры с резьбовой частью – для последующего соединения с основанием мачты.

Подготовленный к заливке бетоном армированный каркас фундамента мачты – с закладной трубой-гильзойДругой подход – на фундаменте через закладные анкеры зафиксировано основание, с которым шарнирно связана сама мачта. Остается ее аккуратно поднять растяжками и зафиксировать мощными болтами.

После установки мачты она должна сразу же быть дополнительно зафиксирована растяжками. Количество и высота ярусов, количество растяжек в ярусе и удаление точек из крепления определяется специальными расчетами. Это зависит и от высоты мачты, и от материала ее изготовления, и от особенностей местности. Так что этот вопрос лучше не пускать на самотёк, а уточнить у специалистов в местной строительно-монтажной организации. Кстати, противоположный конец каждой растяжки, если он крепится на уровне грунта, потребует и себе отдельного анкерного фундамента. Так что работы предстоит много.

В качестве примера – рекомендуемая схема установки и фиксации растяжками мачты высотой 15 м для ветрогенератора «Бриз 5кВт»

При необходимости большой высоты подъема ветрогенератора порой прибегают к монтажу сложной каркасной конструкции из стального проката. Надо полагать, что в таких случаях без квалифицированного проектирования и вовсе не обойтись. Такие мачты обычно имеют секционную конструкцию и последовательно монтируются от фундамента до верхушки. Хотя может быть и цельная конструкция, устанавливаемая разом.

Монтаж каркасной мачты

• Безусловно, должно быть продумано подвижное соединение флюгерной части ветрогенератора с мачтой, на которой он устанавливается – для изменения положения при перемене направления ветра. Конструкция этого вертлюга может быть разной – от подшипникового узла (предпочтительно) до простейших схем «труба в трубе» или «штырь в трубе» (слишком примитивно — не исключено заклинивание).

Часто очень даже подходящие детали для такого соединения можно подыскать на барахолке старых автомобильных запчастей, а то и вовсе в своем гараже. Например, это могут быть старые ступицы колес. Кроме того, полностью готовый узел заводской сборки, с качественной системой подшипников, защищенных от внешнего воздействия, стоит поискать в каталогах – это будет проще и надежнее.

Очень здорово, если удастся найти готовый вертлюг для флюгера – проблема снимается автоматически

• Одной из проблем становится расположение кабеля, по которому выработанный ток должен поступать в электрическую схему системы.

Если просто пропустить кабель в полости трубы мачты – проблема не решится. Вращение флюгерной части может привести к перекручиванию проводов, что заканчивается или их обрывом, или коротким замыканием. А проконтролировать состояние становится весьма сложной задачей.

Внешнее размещение кабеля дает возможность контроля. Но от закручивания вокруг мачты все равно никуда не деться, и это запросто можно упустить из виду. Последствия будут ничуть не лучше. Кроме того, оставлять кабель, открытый все морозам и дождям — наверное, не лучшее решение.

Выход – установка подвижных коллекторно-щеточных токосъёмников. Вариантов здесь может быть немало. Так, в интернет-магазинах (на том же «Али») предлагаются готовые решения. Нередко такой токосъемный узел уже входит в состав приобретаемого поворотного механизма.

Примеры токосъемных узлов заводского и кустарного изготовления.

Но многие умелые мастера вполне справляются с задачей и самостоятельно. И их токосъемники ничуть не уступают в надежности и долговечности заводским моделям. А по стоимости получается гораздо выгоднее.

Пример изготовления токосъёмного узла показан на видео.

Видео: Изготовление токосъемника для ветрогенератора

Генерирующее устройство

Дошли, наконец, до «сердца» ветровой энергетической установки. Что же предпочесть в качестве прибора, где, собственно, и будет происходить процесс преобразования кинетической энергии в электрическую.

Раз тема – «своими руками», то готовые модели генераторов заводского изготовления, предназначенные именно для монтажа на ветровых установках – не рассматриваем. Чем же можно их заменить?

Вариантов предлагается немало. Но остановимся на двух – применение прошедшего доработку асинхронного трехфазного двигателя и самостоятельное изготовление так называемого аксиального генератора.

Переделка асинхронного двигателя в генератор

Асинхронные двигатели – наиболее распространенные. И найти (приобрести) такое устройство для последующей переделки в генератор – несложно.

В отличие от представленной в начале статьи принципиальной схемы генератора, наведение ЭДС будет происходить в обмотках статора. А ротор будет создавать необходимое для этого процесса вращающееся магнитное поле. Очень удобно с той точки зрения, что отпадает необходимость щеточно-коллекторного механизма со всеми присущими ему недостатками.

В исходном виде ротор асинхронного двигателя представляет собой совокупность короткозамкнутых обмоток. Чтобы он стал источником вращающегося магнитного поля используются два пути. Первый — с применением конденсаторной схемы, обеспечивающей необходимый «пусковой момент» генерации тока, то есть требуемое опережение фазы вращения магнитного поля ротора над полем статора.

Второй вариант – создание требуемого для генерации вращающегося поля высокой напряженности с помощью мощных постоянных магнитов (неодимовых). Именно этот пример рассмотрим несколько пристальнее.

Достоинством этого метода можно считать отсутствие необходимости довольно сложной в выполнении перемотки статора. То есть все ограничится только переделкой ротора. А работать такой генератор способен даже на небольших оборотах.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемой операции
	Переделываться в генератор будет вот такой трёхфазный асинхронный двигатель 5АИ 90L6 У2. Он в полной мере соответствует поставленной задаче.
	Достоинство этой модели еще и в том. Что она имеет влагозащищённый корпус с показателем IP55. В том числе предусмотрена герметизация кабельных выходов…
	…имеются надежные уплотнения под крышками, сальники с обеих сторон вала. Такой генератор не будет бояться ни атмосферной влаги, ни прямого попадания осадков. Да и профилактическое его обслуживание можно проводить не столь часто.
	Сняты крышки с обеих сторон корпуса. Хорошо видна обмотка статора. Но она остается как есть – не делается никаких изменений.
	Все последующий работы будут касаться исключительно ротора. Его для начала отправили к токарю. Задача – проточить, снять верхний слой, уменьшить диаметр исходя их следующих соображений: — После проточки на статор должна быть надет на горячую посадку стальной цельный цилиндрический стакан, с толщиной стенок, допустим, 4 мм. — На этот стакан будут наклеиваться неодимовые магниты (в рассматриваемом примере – толщиной 5 мм). — И после этого итоговый диаметр ротора должен получиться таким же, каким был до доработки, то есть с минимальным зазором от зубьев статора.
	Ротор, пришедший после токарной обработки. Хорошо виден гладкий стакан, пришедший на смену короткозамкнутым обмоткам. На поверхность этого стакана и будут приклеиваться постоянные магниты.
	Но для начала необходимо измерить линейные параметры стакана (длину по оси и длину окружности) и составит схему расположения магнитов. Она как раз должна уместиться в прямоугольнике с этими снятыми размерами. Необходимо определиться с количеством полюсов. Можно встретить разные рекомендации. Например, количество полюсов должно соответствовать количеству полюсов двигателя (оно указывается в маркировке, и в данном случае об этом говорит цифра 6). Другой совет – подсчитать количество зубьев обмотки статора и уменьшить его на четверть. Например, 16 зубьев – значит оптимально будет сделать на роторе 12 полюсов (два магнитных полюса ротора на три катушки статора).
	Полюс – это одна или несколько линий магнитов вдоль оси вращения, по длине ротора. Количество линий зависит от количества полюсов, размеров приобретённых магнитов и длины окружности – так, чтобы поместилось как можно больше магнитов с шагом примерно в 0,5 диаметра. Между полюсами может быть промежуток и несколько больше, но только равный на всех границах полюсов. В данном случае мастер делает шесть полюсов по четыре линии магнитов в каждом. Используются магниты толщиной 5 мм и диаметром 9 мм. В линии умещается 14 магнитов. Значит, общее количество – 336 шт. Получилось довольно удачно – при соблюдении равного расстояния между магнитами между полюсами отсутствуют расширенные просветы. То есть равный шаг выдерживается и вдоль оси, и по окружности. Но нередко получается и так, как показано на иллюстрации. Каждый случай в этом вопросе – индивидуален.
	Еще один нюанс. Чтобы исключить залипание ротора, рекомендуется линии магнитов делать не строго параллельными оси, а с небольшим скосом, примерно на ширину одного магнита. На иллюстрации (взятой из другого примера) весьма наглядно показано – и расположение одного полюса из пяти линий магнитов, и скос этих линий относительно осевой линии.
	Следующая проблема – как перенести разметку на цилиндрическую поверхность ротора? Один их способов – это изготовление специальной «шубы»-шаблона. На поверхности ротора вначале простилается слой полиэтиленовой пленки, а затем производится намотка нескольких слоев бинта (марли). После этого (или в ходе намотки, как удобнее) ткань обильно пропитывается эпоксидной смолой. Когда смола полностью застынет, поверхность слегка дорабатывается на токарном станке до идеальных форм. После этого получившуюся цилиндрическую шубу можно снять. Далее, на нее наклеивается составленный в графическом редакторе и распечатанный на принтере шаблон. Затем с помощью шуруповерта (дрели) со вставленным сверлом нужного диаметра (по размеру магнитов) по шаблону сверлятся отверстия. Следующим шагом «шуба» вновь надевается на ротор, и в проделанных гнездах к корпуса ротора на эпоксидку вклеиваются магниты.
	Другой способ – наклеивание магнитов на суперклей к стакану ротора прямо через бумажный шаблон. Много возни, правда, с вырезанием в напечатанной схеме большого количества аккуратных небольших отверстий, так чтобы не случилось разрывов между соседними ячейками.
	Но выход всегда найдется. Например, мастер вспомнил из своего детства, как можно «прорезать» бумагу, несколько раз проведя по одной линии шариковой ручкой. Изготовлен из стальной пластинки небольшой шаблон – и вперед…
	Готовый шаблон.
	Шаблон ровно наклеен на стакан ротора. Очень важный момент – в одном полюсе, независимо от количества линий в нем, магниты должны быть сориентированы одинаково. Например, северным полюсом вверх. На следующем – наоборот, и так далее по окружности. Если не полагаетесь на свою внимательность, чтобы не допустить ошибки, на бумажном шаблоне можно заранее провести границы полюсов с указанием, какой стороной вверх должны расположиться магниты. И перед каждым вклеиванием очередного магнита – убеждаться, что он становится правильно.
	Наклеивание производилось на обычный суперклей «Момент». Надо правильно понимать, что это пока – временная фиксация.
	Начинается вклеивание – по линиям, с соблюдением полярности. Работа, конечно, утомительная, требующая внимательности и аккуратности, и заняла она у мастера практически два дня.
	Вот что получилось в итоге. Кстати, на иллюстрации хорошо видно, как мастер отмечал маркером границы полюсов, по четыре линии.
	Получившийся ротор будет заливаться эпоксидной смолой. Но прежде мастер решил выполнить армирование конструкции с помощью толстой капроновой нити. Как у него получилось – показано на иллюстрации. Мера, может быть, и необязательная, но то, что она даст выигрыш в прочности ротора при любых скоростях вращения – это неоспоримо. Так что можно только позавидовать основательности подхода.
	Далее, делается опалубка для заливки эпоксидки. С нижнего торца устанавливается кружок, вырезанный их картона. Все щели между ним и валом ротора заклеиваются пластилином.
	По поверхности цилиндра опалубкой станет слой наклеенного прозрачного скотча.
	А с верхнего торца намеренно оставленный излишек скотча становится своеобразной воронкой, в которую как раз и будет заливаться эпоксидка.
	Ротор устанавливает вертикально, и в воронку сверху заливается подготовленная эпоксидная смола.
	Эпоксидка, хоть и не быстро, но уверенно протекает вниз, заполняя все полости и пропитывая капроновую нить армирования. Так продолжают, пока вся опалубка не будет заполнена доверху. После этого эпоксидке дают нужное время на полное застывание.
	А это – ротор уже после снятия картонной опалубки.
	Согласитесь – получилось замечательно. И никаких опасений за то, что какой-то магнит вдруг вылетит при работе генератора, быть не должно.
	На вал ротора вновь запрессованы подшипники, вставшие на свои места…
	…и можно устанавливать ротор в корпус двигателя (точнее – уже генератора).
	Кстати, очень ответственный момент. Ротор нужно очень крепко удерживать в руках. Притягивающая сила магнитов настолько велика, что известны случаи, когда ротор вырывался из рук и даже выламывал неснятую крышку электродвигателя.
	Все, ротор заведен в статор генератора.
	Можно устанавливать и фиксировать болтами переднюю и заднюю крышку генератора.
	После установки крышек, когда подшипники точно займут свое место, ротор и статор должны встать строго соосно. Необходимо сразу проверить свободу вращения ротора – не задевает ли он зубья обмотки статора. При правильных расчетах размеров и аккуратном исполнении – не должен. Не должно быть и чувствительных залипания положения статора – этому способствует выполненный скос линий магнитов.
	Ну что ж, можно переходить к проверке работоспособности получившегося генератора. Крутящий момент на его вал будет передаваться с помощью мощной электродрели. Она способна выдать до 1000 оборотов в минуту.
	Подключаются щупы тестера. В данном случае генератор выдает переменное трехфазное напряжение, схема выполнена «звездой». То есть проверку напряжения можно проводить между любыми из двух фаз.
	Мультиметр переводится в режим измерения переменного напряжения (ACV) с пределом 750 вольт.

Изготовление генератора для ветряка из асинхронного двигателя своими руками

Этапы

Создание самодельного ветрогенератора имеет два основных этапа:

• изготовление ротора
• создание генератора

Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:

Изготовление генератора из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наилучшей «заготовкой» для изготовления генератора. Он имеет для этого наилучшие показатели по устойчивости к короткому замыканию, менее требователен к попаданию пыли или грязи. Кроме того, асинхронные генераторы вырабатывают более «чистую» энергию, клирфактор (наличие высших гармоник) у этих устройств всего 2% против 15% у синхронных генераторов. Высшие гармоники способствуют нагреву двигателя и сбивают режим вращения, поэтому их малое количество является большим плюсом конструкции.

Асинхронные устройства не имеют вращающихся обмоток, что в значительной степени снимает возможность выхода их из строя или повреждения от трения или замыкания.

Также важным фактором является наличие на выходных обмотках напряжения в 220В или 380 В, что позволяет подключать приборы потребления прямо к генератору, минуя систему стабилизации тока. То есть, пока есть ветер, приборы будут работать точно так же, как от сети.

Единственное отличие от работы полного комплекса в прекращении работы сразу же после стихания ветра, тогда как аккумуляторы, входящие в комплект, какое-то время питают потребляющие устройства используя свою емкость.

Как переделать ротор

Единственным изменением, которое вносится в конструкцию асинхронного двигателя при переделывании его в генератор, является установка на ротор постоянных магнитов. Для получения большей силы тока иногда перематывают обмотки более толстым проводом, имеющим меньшее сопротивление и дающим лучшие результаты, но эта процедура не критична, можно обойтись и без нее — генератор будет работать.

Ротор асинхронного двигателя не имеет никаких обмоток или иных элементов, являясь, по сути, обычным маховиком. Обработка ротора производится в токарном станке по металлу, обойтись без этого никак нельзя. Поэтому при создании проекта надо сразу решить вопрос с техническим обеспечением работ, найти знакомого токаря или организацию, занимающуюся такими работами. Ротор надо уменьшить в диаметре на толщину магнитов, которые будут на него установлены.

Существует два способа монтажа магнитов:

• изготовление и установка стальной гильзы, которая одевается на предварительно уменьшенный в диаметре ротор, после чего на гильзу крепятся магниты. Этот способ дает возможность увеличить силу магнитов, плотность поля, способствующую более активному образованию ЭДС
• уменьшение диаметра только на толщину магнитов плюс необходимый рабочий зазор. Этот способ проще, но потребует установки более сильных магнитов, лучше всего — неодимовых, которые имеют намного большее усилие и создают мощное поле.

Установка магнитов производится по линиям конструкции ротора, т.е. не воль оси, а несколько смещенными по направлению вращения (на роторе эти линии хорошо видны). Магниты расставляются по чередованию полюсов и фиксируются на роторе с помощью клея (рекомендуется эпоксидная смола). После ее высыхания можно производить сборку генератора, в который отныне превратился наш двигатель, и переходить к испытательным процедурам.

Испытания вновь созданного генератора

Эта процедура позволяет выяснить степень работоспособность генератора, опытным путем определить скорость вращения ротора, необходимую для получения нужного напряжения. Обычно прибегают к помощи другого двигателя, например, электродрели с регулируемой частотой вращения патрона. Вращая ротор генератора с подключенным к нему вольтметром или лампочкой, проверяют, какие скорости необходимы для минимума и каков максимальный предел мощности генератора, чтобы получить данные, на основе которых будет создаваться ветряк.

Можно в испытательных целях подключить какой-либо прибор потребления (например, нагреватель или осветительное устройство) и убедиться в его работоспособности. Это поможет снять все возникающие вопросы и внести какие-либо изменения, если возникнет такая необходимость. Например, иногда возникают ситуации с «залипанием» ротора, не стартующего при слабых ветрах. Это происходит при неравномерном распределении магнитов и устраняется разборкой генератора, отсоединением магнитов и повторным их укреплением в более равномерной конфигурации.

По завершении всех работ в распоряжении появляется полностью рабочий генератор, который отныне нуждается в источнике вращения.

Изготовление ветряка

Для создания ветряка потребуется выбрать какой-либо из вариантов конструкции, которых имеется немало. Так, существуют горизонтальные или вертикальные конструкции ротора (в данном случае термин «ротор» обозначает вращающуюся часть ветрогенератора — вал с лопастями, приводимый в движение силой ветра). Горизонтальные роторы имеют более высокую эффективность и устойчивость в производстве энергии, но нуждаются в системе наведения на поток, которая, в свою очередь, нуждается в легкости вращения на валу.

Чем мощнее генератор, тем труднее его вращать и тем большее усилие должен развивать ветряк, что требует его больших размеров. При этом, чем крупнее ветряк, тем он тяжелее и обладает большей инерцией покоя, что образует замкнутый круг. Обычно используют средние значения и величины, дающие возможность образовать компромисс между размерами и легкостью вращения.

Вертикальные ветряки проще в изготовлении и не требовательны к направлению ветра. При этом, они имеют меньшую эффективность, так как ветер с одинаковой силой воздействует на обе стороны лопасти, затрудняя вращение. Для того, чтобы избежать этого недостатка, создано множество различных конструкций ротора, таких как:

• ротор Савониуса
• ротор Дарье
• ротор Ленца

Известны ортогональные конструкции (разнесенные относительно оси вращения) или геликоидные (лопасти, имеющие сложную форму, напоминающую витки спирали). Все эти конструкции имеют свои достоинства и недостатки, основным из которых является отсутствие математической модели вращения того или иного вида лопастей, делающего расчет крайне сложным и приблизительным. Поэтому действуют методом проб и ошибок — создается экспериментальная модель, выясняются ее недостатки, с учетом которых изготавливается рабочий ротор.

Наиболее простая и распространенная конструкция — ротор Савониуса, но в последнее время в сети появляется множество описаний других ветрогенераторов, созданных на базе других видов.

Устройство ротора несложно — вал на подшипниках, на верхней части которого укреплены лопасти, которые под действием ветра вращаются и передают крутящий момент на генератор. Изготовление ротора осуществляется из доступных материалов, монтаж не требует чрезмерной высоты (обычно поднимают на 3-7 м), это зависит от силы ветров в регионе. Вертикальные конструкции почти не требуют ухода или обслуживания, что облегчает эксплуатацию ветрогенератора.

Рекомендуемые товары

Ветряная электростанция своими руками: особенности устройства

Делаем ветроэлектростанцию своими руками у себя в частном доме. Ознакомимся с уже существующими промышленными аналогами на рынке и с работами народных умельцев.

Человечество на протяжении всего своего развития не перестает искать дешевые возобновляемые источники энергии, которые могли бы решить многие проблемы энергообеспечения. Одним из таких источников является энергия ветра, для преобразования которой в электрическую энергию, разработаны ветровые энергетические установки (ВЭУ), или, как их чаще называют, ветряные электростанции.

Любому человеку, особенно имеющему частный или загородный дом, хотелось бы иметь свой ветрогенератор, обеспечивающий жилье недорогой электрической энергией. Препятствием этому служит высокая стоимость промышленных образцов ВЭУ и, соответственно, слишком большой срок окупаемости для отдельно взятого владельца жилья, делающий его приобретение невыгодным. Одним из выходов может служить изготовление ветряной электростанции своими руками, позволяющее не только снизить общие затраты на ее приобретение, но и распределить эти затраты на некоторый срок, так как работа осуществляется в течение довольно длительного времени.

Для того чтобы сделать ветряную электростанцию, необходимо определить, позволяют ли погодные условия использовать ветровую энергию в качестве постоянного источника энергии. Ведь, если ветер для вашей местности редкость, вряд ли стоит начинать строительство самодельной ветряной электростанции. Если же с ветром все обстоит благополучно, желательно узнать общие климатические характеристики и, в частности, скорость ветра, с распределением ее по времени. Знание скорости ветра позволит правильно выбрать и сделать своими руками конструкцию ветряной электростанции.

к содержанию ↑

Виды

Ветроэлектростанция своими руками классифицируется по расположению оси вращения и бывают:

• с горизонтальным расположением;
• с вертикальным расположением.

Установки с горизонтальным расположением оси называются установками пропеллерного типа и имеют самое широкое распространение в связи с высоким коэффициентом полезного действия. Недостатком этих установок является их более сложная конструкция, затрудняющая самодельные варианты изготовления, необходимость применения механизма следования направлению ветра и большая зависимость работы от скорости ветра — как правило, при малых скоростях эти установки не работают.

Более просты, неприхотливы и мало зависимы от скорости и направления ветра установки с вертикальным расположением рабочего вала — ортогональные с ротором Дарье и карусельные с ротором Савониуса. Недостатком их является весьма малый КПД, составляющий порядка 15%.

Недостатком обеих типов самодельной ветряной электростанции является низкое качество вырабатываемой электроэнергии, требующее дорогостоящих вариантов компенсации этого качества — стабилизирующих устройств, аккумуляторов, электрических преобразователей. В чистом виде электроэнергия пригодна только для использования в активной бытовой нагрузке — лампах накаливания и простых нагревательных устройствах. Для питания бытовой техники электроэнергия такого качества не пригодна.

к содержанию ↑

Конструктивные элементы

Конструктивно, независимо от расположения оси, самодельная полноценная ветряная электростанция должна состоять из следующих элементов:

• ветряной двигатель;
• устройство для ориентирования ветряного двигателя по направлению ветра;
• редуктор или мультипликатор для передачи вращения от ветряного двигателя к генератору;
• генератор постоянного тока;
• зарядное устройство;
• аккумуляторная батарея для накопления электроэнергии;
• инвертор для преобразования постоянного тока в переменный.

к содержанию ↑

Особенности выбора источника тока

Одним из сложных элементов ветряной электростанции является генератор. Наиболее подходящим для изготовления своими руками является электродвигатель постоянного тока с рабочим напряжением 60-100 вольт. Этот вариант не требует переделки и способен работать с аппаратурой для зарядки автомобильной батареи.

Применение автомобильного источника напряжения затруднено тем, что его номинальная частота вращения составляет порядка 1800-2500 об/мин, а такую частоту вращения при прямом соединении не сможет обеспечить ни одна конструкция ветряного двигателя. В этом случае в составе установки необходимо предусмотреть редуктор или мультипликатор подходящей конструкции для увеличения частоты вращения в необходимых размерах. Скорее всего, этот параметр придется подбирать экспериментальным путем.

Возможным вариантом может стать реконструированный асинхронный двигатель с использованием неодимовых магнитов, но этот способ требует сложных расчетов и токарных работ, что зачастую не приемлет самодельная работа. Имеется вариант с межфазным подключением к обмоткам электродвигателя конденсаторов, емкость которых рассчитывается в зависимости от его мощности.

к содержанию ↑

Изготовление

Учитывая то, что эффективность электростанции с горизонтальной осью имеет лучшие показатели эффективности, а бесперебойность подачи электроэнергии предполагается обеспечивать с помощью накопления энергии в аккумуляторной батарее, предпочтительнее для изготовления своими руками является именно такой вид ВЭУ, который мы и рассмотрим в рамках данной статьи.

Для того что бы сделать такую электростанцию своими руками понадобится следующий инструмент:

• сварочный аппарат электродуговой сварки;
• набор гаечных ключей;
• набор сверл по металлу;
• электродрель;
• ножовка по металлу или УШМ с отрезным диском;
• болты диаметром 6 мм с гайками для крепления лопастей к шкиву и алюминиевого листа к квадратной трубе.

Для изготовления ветряной электростанции своими руками потребуются следующие материалы:

• пластиковая труба 150 мм длиной 600 мм;
• лист алюминия размером 300х300 мм и толщиной 2,0 — 2,5 мм;
• металлическая квадратная труба 80х40 мм и длиной 1,0 м;
• труба диаметром 25 мм и длиной 300 мм;
• труба диаметром 32 мм и длиной 4000-6000 мм;
• медный провод длиной, достаточной для соединения электродвигателя, находящегося на мачте длиной 6 м, и нагрузки, которую будет питать этот источник тока;
• электродвигатель постоянного тока 500 об/мин;
• шкив для двигателя диаметром 120-150 мм;
• аккумуляторная батарея 12 вольт;
• автомобильное зарядное реле аккумулятора;
• инвертор 12/220 вольт.

Процесс изготовления своими руками производится в следующем порядке:

• Пластиковая труба 150х600 мм, для изготовления лопастей пропеллера, разрезается вдоль на четыре части и каждая часть по диагонали разрезается так, что бы одна сторона осталась прежней ширины, а вторая получилась размером 20-25 мм. В качестве лопастей будут использоваться три части трубы;
• Полученные лопасти крепятся к шкиву с шагом 1200 с помощью болтов 6 мм подходящей длины, и шкив крепится на валу электродвигателя;
• К более широкой стороне квадратной трубы на расстоянии 1/3 от края перпендикулярно приваривается труба диаметром 25 мм;
• На короткое плечо квадратной трубы крепится электродвигатель, а на длинное устанавливается алюминиевый лист, служащий для поворота всей конструкции по направлению ветра по типу флюгера;
• Полученная конструкция вставляется трубой 25 мм в один конец трубы 32 мм. Это сочленение будет служить поворотным механизмом ветряной электростанции для следования ее по направлению ветра;
• К электродвигателю подключается кабель, труба диаметром 32 мм устанавливается в качестве мачты и прочно закрепляется в грунте и с помощью растяжек;
• Электрическая часть ВЭУ собирается в отдельном блоке таким образом, что бы энергия от генератора через реле зарядки подключалось к аккумуляторной батарее, а от батареи через инвертор запитывались необходимые потребители. Составные части электрооборудования можно сделать самостоятельно или приобрести.

Далее, в процессе работы установки, возможно, придется сделать другими размеры и конфигурацию лопастей, передаточное отношение между ветряным двигателем и генератором — каждый ветрогенератор, изготовленный своими руками, индивидуален в силу использования различных компонентов и условий ветрообразования. Первоначально ветряную электростанцию рекомендуют изготавливать небольшой мощности, на которой можно отработать полученную информацию не вкладывая большое количество средств.

Оцените статью:

Загрузка…

Поделитесь с друзьями:

Ветряки для дома своими руками. Выбираем генератор.

В связи с постоянно растущими ценами на электричество, все большее количество владельцев частных домов и дачных участков задумываются об установке источников альтернативного электропитания. Ветряки для дома своими руками являются отличным решением, как для выработки дополнительного электричества, что сможет снизить счета за коммунальные услуги, так и для обеспечения бесперебойным питанием загородные дома, к которым не подключили энергосети

Территория Россия, благодаря преимущественно равнинной местности и обширной площади, круглый год омывается большим количеством ветров, другое дело, что потенциал силы ветра оставляет желать лучшего, так как ветер чаще всего медленный и слабый. Другое дело – это необжитые территории России, где ветры гораздо большей силы. В любом случае, установка ветрогенератора даже при слабых ветрах, сможет обеспечить дом своего хозяина бесперебойной, и главное – бесплатной энергией.

Какой мощности выбрать ветрогенератор?

Первое, что стоит запомнить – ветряки для дома, как и любые другие источники альтернативного электричества, не смогут производить колоссальное количество электроэнергии. Многие начинающие конструкторы стремятся создать максимально мощный ветрогенератор, который сможет обеспечить электричеством не только освещение на дачном участке или зарядить аккумуляторные батареи, но также будет поддерживать абсолютно все электропитания дома, включая нагрев бойлера и отопительных систем. В принципе, это вполне возможно, если построить ветровой генератор мощностью более 2 киловатт модели W-HR2. Для строительства такого промышленного ветряка необходимы огромное количество денег, сил и расчетов. Соорудить его в одиночку непрофессионалу практически невозможно.

Оптимальным решением будет установка ветрогенератора мощностью до 500 ватт, этого вполне достаточно для обеспечения электроэнергией маленького загородного участка, а при необходимости большей мощности, всегда можно соорудить еще несколько ветряков и создать из них единую электростанцию.

Ниже представляем таблицу мощности ветряков в зависимости от кол-ва лопастей и диаметра всего ветроколеса при скорости ветра 4 м/с

Со стороны может показаться, что показатели несколько завышены, но не стоит забывать, что 4 м/с – это обычная скорость ветра на равнинной территории и чаще всего он достигает порывов выше, чем данная отметка. А чем больше скорость ветра, тем больше дает энергии самодельный ветряк.

Выбираем тип ветроколеса

Именно ветряное колесо является самым важным элементом всей конструкции, так как за счет его движения энергия ветра преобразовывается в механическую.

Самые популярные типы ветроколеса:

1. Парусные
2. Крыльчатые

Преимущества парусного ветроколеса заключается в их дешевизне и простоте установке: достаточно на лопасти прикрепить парусный материал и разместить под небольшим углом к ветру, такая конструкция будет в точности повторять старинные ветряные мельницы. К ее недостаткам относится большое аэродинамическое сопротивление воздушному потоку, который будет возрастать при ветре, идущем диагонально относительно лопастей.

Намного более эффективными являются лопасти крыльчатого типа, они немного дороже и сложнее в изготовлении, но устойчивы к силам трения или аэродинамическим потерям. Именно поэтому крылья самолетов имеют похожую форму. К дополнительным преимуществам крыльчатых лопастей относят небольшую затрату материалов для их изготовления, для сравнения можно привести вертикально осевой тип лопастей, чья эффективность будет сравнима с крыльчатыми, но при этом будет гораздо больший расход материалов.

Оптимальное количество лопастей на ветроколесе

При создании ветряков для дома своими руками можно сэкономить на материалах и обойтись всего 2-3 лопастями, но данное решение будет чревато несколькими неприятными моментами:

• Чем меньше лопастей, тем они быстрее вращаются и создают лишнюю центробежную нагрузку на ветрогенератор, что может привести к поломке мачты и узлов крепления ветряка
• При высокой частоте оборотов ветроколесу приходиться противодействовать большой силе трения воздуха, которые могут привести к разрушению лопастей. Поэтому лопасти приходиться изготавливать из крепких и дорогостоящих материалов
• Высокий шум при работе

Исходя из всего вышеперечисленного, наиболее оптимальным числом лопастей будет 5 или 6. Когда определились с количеством лопастей, нужно определиться с диаметром ветроколеса исходя из данных таблицы выше. Следует учитывать, что чем больше длина лопастей, тем массивней конструкция, следовательно придется дополнительно укреплять ветряк и проводить работы по уравновешиванию винта. Наиболее оптимальный диаметр ветроколеса – это 2 метра.

Конечно, чем больше лопастей, тем большая эффективность ветрогенератора, но вместе с тем усложняется и общая конструкция ветряка и будет необходима установка дополнительного редуктора.

Выбираем генератор

При выборе генератора необходимо отталкиваться от скорости вращения ветроколеса. Ниже в таблице приведено количество оборотов зависимости от скорости ветра для ветроколеса с 6 лопастями.

Исходя из данных выше, наилучшим выбором будет веломотор или электродвигатель от ленточного накопителя данных. Преимущество таких двигателей в том, что они имеют низкие рабочие обороты и смогут раскрутить ветряк без установки редуктора.

Создаем ветровые генераторы для дома своими руками

При изготовлении ветрогенератора будем придерживаться данной таблицы. Конечно, способы крепления и расположение узлов может быть несколько изменено, но в целом, для создания эффективного ветряка лучше не отступать от представленной конструкции.

Примечание: Расстояние между мачтой и лопастями должно быть не менее 25 см, если меньше, то есть вероятность того, что лопасти прогнувшись под ветром разобьются о мачту.

Изготовление лопастей

Лучше всего крылья для ветряка вырезать из толстостенной ПВХ трубы. Конечно, можно изготовить лопасти из древесины, но это гораздо более трудозатратно, а также древесина может прийти в негодность под воздействием влаги.

Для лопастей следует использовать трубы с толщиной не менее 4 мм, иначе они будут без проблем прогибаться под ветром и быстро придут в негодность.

Высчитывание оптимальной формы лопастей чаще всего проводится эмпирическим путем при вырезании нескольких образцов разного размера. Но такой способ требует затрат времени и приводит к излишнему переводу материала. Поэтому мы предоставляем Вам ниже шаблон лопасти для трубы диаметром 16 см и длинной в 1 метр.

После того, как вы вырежете 6 лопастей по шаблону, необходимо максимально отполировать их поверхность и сточить края, чтобы они меньше сопротивлялись воздушному потоку.

Теперь изготавливаем головку электродвигателя, к которой будут крепиться лопасти. Для этого берем диск из стали толщиной не более 10 мм и привариваем к нему несколько полос длинной до 30 см, на которых высверливаем отверстия для крепления лопастей.

Чтобы повысить эксплуатационные характеристики ветряка, головку электродвигателя обязательно нужно сбалансировать. Для этого головка крепится вертикально в безветренном помещении. Необходимо следить за тем, чтобы ни одна из сторон головки самопроизвольно не двигалась и находилась в неподвижном состоянии. Если заметно движение, то полосы головки стачиваются до того состояния, пока движение не прекратиться при любом положении головки в пространстве.

Закрепляем генератор на раме

Генератор принимает вращательный момент от лопастей и постоянно находится под давлением больших центробежных и гироскопических нагрузок. Чтобы ветряк раньше времени не вышел из строя, генератор следует плотно закрепить на раме. Сама рама представляет собой пластину из метала, на которой располагаются главные узлы ветряка, а также станину из дюралалюминия с резьбовым отверстием. На станину накручивается вал генератора, а для его лучшего крепления следует использовать на конце соединения гайку с контршайбой.

Укрепление ветрогенератора от штормовых ветров

Рассматриваемый нами в этой статье ветряк не обладает высоким числом оборотов и вряд ли будет достигать таких частот вращения, что составляющие ветряка начнут приходить в негодность. Но при частых переменах направления ветра, хвост ветряка будет резко поворачиваться, что может привести к расшатыванию элементов крепления конструкции. Помимо этого, лопасти ветряка при сильном ветре будут сопротивляются поворотам, что вместе с подвижным хвостом ветрогенератора будет создавать высокую нагрузку в месте соединения рамы и генератора.

Чтобы значительно повысить срок службы ветровой электростанции, необходимо устанавливать специальную защиту от сильного ветра. Такой защитой выступает боковая лопатка – простенькое устройство, собираемое из минимума материалов, но удачно зарекомендовавшая себя во множестве ветровых установках.

С помощью боковой лопатки регулируется наклон ветряка по вертикали и при сильном ветре устанавливает лопасти параллельно ветру. То есть при умеренной силе ветра ветряк находится в стандартном положении перпендикулярно относительно земли, но при штормовых воздушных потоках, ветряк складывается на 90 градусов относительно своего рабочего положения, из-за чего его работа прекращается.

Боковая лопатка состоит из небольшой профильной трубы скрепленной с тонкой металлической пластиной, пружины и растяжки располагающейся между лопаткой и хвостом. Растяжка нужна для того, чтобы контролировать угол складывания ветряка.

В лопатке необходимо использовать крепкую пружину из углеродистой стали, которая в крайней точке выдерживает нагрузку до 12 кг. Растяжку изготавливают из тонкого велосипедного троса.

Устанавливаем мачту

Мачта является опорой для ветряка и на этом этапе ни в коем случае не стоит экономить. Лучше всего будет установить мачту на открытой территории, где в радиусе нескольких десятков метров не будет никаких строений. Сама мачта изготавливается из металличесской водопроводной трубы длинной в 7 метров. Если же возле ветряка находятся строения или деревья, то мачту следует сделать хотя бы на метр выше относительно их уровня. На пути к лопастям ветрового генератора не должно быть никаких препятствий, а иначе КПД ветряка будет значительно меньше ожидаемого.

Ветровой генератор – это массивная конструкция весом в несколько сотен килограмм, поэтому, чтобы он не проседал в почве, его необходимо устанавливать на крепком бетонном фундаменте. Помимо закрепления основы мачты в фундаменте, ветряк дополнительно фиксируется несколькими растяжками из монтажных тросов шириной не менее 5 мм. Растяжки крепятся к мачте хомутов, вытягиваются на максимальную длину и крепятся к колышкам, которые забиваются в землю на глубину не менее метра.

Устанавливать мачту с генератором можно как с помощью автокрана, так и в ручную. Для этого используется противовес, изготовленный из тяжелого деревянного бруса.

Аккумуляторные батареи и электронная система ветряка

Чтобы хранить энергию выработанную ветровой электростанцией, используют небольшие аккумуляторные батареи, емкость которых должна быть не меньше 120 а\ч. Рекомендуется также взять батарею до 300 а/ч, и уже в процессе эксплуатации определить сколько времени необходимо для ее зарядки. На выбор батареи также влияет сфера применения АКБ: если батарея используется для обеспечения электрическом нагревательных приборов, то следует отдать предпочтение более емким аккумуляторам.

Чтобы питать аккумулятором технику работающую при напряжении тока 220 В, необходимо установить специальный инвертор преобразователя напряжения. Инверторы различаются между собой уровнем пиковой мощностью, на которой они могут питать технику. Так, если подключать к АКБ компьютер вместе с монитором, то будет достаточно инвертора рассчитанного на 1000 Вт, если же от аккумуляторной батареи будут работать строительные инструменты, такие как перфоратор, то придется взять инвертор на 2000 Вт.

На рисунке ниже Вы можете видеть простейшую схему для зарядки аккумуляторов ветряком: от генератора идут три вывода, которые подключаются к параллельно идущим трем диодным полумостам. От генератора будет вырабатываться напряжение равное 26 В, поэтому к диодным полумостам будет достаточно последовательно подключить две батареи напряжением 12 В.

Основным преимуществом такой схемы является ее легкость сборки и минимум используемых материалов. Ее недостатком будет то, что при небольших ветрах аккумуляторы практически не будут заряжаться. Процесс зарядки начнется только при ветре в 7 м/с, который не так уж и часто можно встретить на равнинных территориях России.

Как ухаживать за ветрогенератором

Ветряки не требуют включения от внешних источников питания, они полностью автономны, благодаря чему запускаются самостоятельно даже при очень слабом ветре. Ветрогенераторы для дома своими руками могут прослужить десятки лет, для этого следует придерживаться нескольких правил:

1. Чтобы металлические компоненты ветровой электростанции не сгнили под атмосферными осадками, их стоит красить каждые 2 года
2. Дважды в год смазывать подшипники в генераторе и поворотном узле
3. Ветроколесо – самое уязвимое место всей конструкции и может с легкостью разбалансироваться при сильном ветре. Примером разбалансировки может служить излишнее дрожание лопастей. Если дефект ветроколеса был обнаружен, то его следует немедленно снять и провести ремонтные работы

Вам понравится

Ветрогенератор своими руками | RaceDepartment

Эй, Питер, я могу поделиться некоторыми знаниями.
Пока что вы разместили изображения менеджера игры и движка игры. В дополнение к этим двум вам нужно запустить третье приложение, которое называется game dash. Игровой движок предназначен для вывода физики движения, диспетчер игр предназначен для извлечения телеметрии из игры, а игровая панель предназначена для деталей, которые вы можете увидеть на приборной панели, таких как скорость, обороты и другие. Вам нужно будет использовать данные о скорости из игры для ветра, поэтому вам нужно запустить игру.Если вы еще не установили игру, ее можно скачать здесь.
https://www.xsimulator.net/community/marketplace/simtools-v2-game-dash.76/

После того, как вы загрузите игру, вы увидите значок на панели задач. Щелкните правой кнопкой мыши и выберите настройки интерфейса. Здесь вы разместите детали своего контроллера. Если вы используете arduino и monster moto для pwm-управления вентилятором постоянного тока, то по этой ссылке есть все настройки и эскиз Arduino, готовый к работе.

После того, как вы установили интерфейс, вернитесь на панель задач и щелкните левой кнопкой мыши, чтобы увидеть настройки игры.Приятно запускать игру в оконном режиме, глядя на эту страницу, потому что при ее запуске вы можете видеть все данные телеметрии, которые поступают из игры, и значения, которые они выводят (игра может дать вам миль / ч, км / ч или некоторые безразмерные номер игры и т. д.). Затем вы можете настроить любой слот телеметрии, который дает вам скорость (возможно, dash2), с помощью команды для вашего контроллера. Если вы используете указанное выше решение для arduino, тогда скетч, запрограммированный на arduino, ищет трехзначное число от 000 до 255, которое будет отправлено после символа S.Вот почему в приведенном выше примере вы нажимаете значок карандаша рядом с dash2, чтобы открыть редактор команд и ввести некоторые правила.

(В примере выше)
MATH * 5 — каждое значение скорости умножается на 5, так как значение скорости из игры в этом примере было небольшим числом.
ОКРУГЛ. 0 — округление до целого числа, потому что на выходе была целая группа чисел после десятичной точки.
PAD 3 0 — чтобы в arduino IE всегда было 3 числа, 10 единиц скорости превращаются в 010 единиц скорости или 1 единица становится 001 единицей.

Поскольку каждая игра может давать разные единицы для скорости, вам нужно будет настроить это самостоятельно, используя приведенные выше детали в качестве руководства. (опубликуйте, если вам нужна помощь)

После правильного вычисления вам необходимо передать данные в ваш интерфейс. Обычно это достигается добавлением S в интерфейс — вывод, как показано в опубликованной мной ссылке. Этот код означает, что символ S, а затем числовое значение для dash2 будут выводиться снова и снова. Фактически, выпадающий список после вывода интерфейса определяет, насколько быстро.В этом примере это каждые 20 миллисекунд для скорости передачи пакетов.

Когда программа запустится, вы получите постоянный поток S000S000S000S000 … на arduino. По мере того, как вы продвигаетесь быстрее, результат будет меняться. Например, S001S003S012S111S255 …

Подумайте над этим, прочтите сообщение на xsim, немного поработайте и дайте нам знать, если у вас возникнут еще вопросы.

PS, если вам не нужны данные о движении, вам не нужно ничего настраивать в игровом движке для работы игры. Вы уже включили телеметрию игрового тире в диспетчере игр, так что вы тоже закончили.

Проект научной выставки: Ультра-простой электрогенератор, отладка

НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ РАЗНЫЕ ЧАСТИ.
Если лампочка не горит, обычно это потому, что использовалась не та лампочка. Следовать инструкциям. Если вы поменяли магниты, ничего не получится. Так не используйте разные магниты. Если вы использовали другую лампочку, она не подойдет.Используйте детали из списка деталей, не вносите изменений. Если вы не используете # 30 проволока покрытая эмалевым лаком, то не пойдет. Так что не используйте другой провод. Не используйте разные детали. Прежде чем тестировать что-либо еще, спросите себя, вы использовали детали из списка деталей. Если вы использовали разные детали, генератор выйдет из строя. Примечание: очень важно использовать детали перечислены, и не используйте заменители. И я уже упоминал, НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ РАЗНЫЕ ЧАСТИ FREAKIN! Что, вы хотите, чтобы он потерпел неудачу? 🙂

ВРАЩАЙТЕ ЭТО БЫСТРО, В ТЕМНОМУ
Иногда ваш генератор работает хорошо, но вы не вращаете его достаточно быстро.Проведите ногтем между пальцем и большой палец, например, когда вы щелкаете пальцами … или когда вы вращаете волчок максимальная скорость. Сделайте ваши магниты действительно такими, как размытие. (Если они будут задевать картон, это не сработает.) Или, возможно, тусклое свечение света в ярко освещенной комнате не хватает лампочки. Итак, идите в полумрак. Затем раскрутите эту штуку ДЕЙСТВИТЕЛЬНО БЫСТРО. Попробуйте провернуть его старомодным ручная дрель (электродрели не ходят очень быстро). Или попробуйте приклеить маленькое колесо на ногте, а затем потри колесо о вращающуюся шину перевернутый велосипед (не езжайте слишком быстро, иначе лампочка перегорит.)

ДОБАВИТЬ ЕЩЕ ПРОВОД
Посмотреть поставщиков проволоки ниже. Если ваша катушка имеет более 250 витков провода №30, то магнит не нужно так быстро вращаться. И лампочка горит ярче. Катушка # 30 тонкой красной проволоки Radio Shack имеет длину 200 футов, что дает около 250 оборотов. Если бы вы могли намотать больше витков на катушке, тогда ваша лампочка загорится при более низкой скорости магнита. Купите два комплекта проволоки из Radio Shack, затем используйте обе катушки самый тонкий тип (красный №30.) Соскребите красное пластиковое покрытие со всех концов проводов. Затем надежно закрутите то конец новой катушки до конца старой. Накройте стык кусочек пластиковой ленты, если хотите. Это создает единый дольше провод. Обязательно намотайте лишнюю проволоку в такой же направление как раньше. Еще лучше, купите несколько соленоидов с открытой рамой у заказ по почте или купите катушки с проволокой большего размера. Это намного дешевле, чем Радио Хижина.

Если провод намного тоньше, чем №30 калибра, сопротивление слишком высокое. и лампочка будет быть очень тусклым.Если провод слишком толстый (или у него толстая изоляция) тогда 250 витков будут размером с грейпфрут, а внешние витки будут быть слишком далеко от магнитов. Лучший источник провода: купить большой «Соленоид» от компании, занимающейся доставкой по почте, затем воспользуйтесь плоскогубцами, чтобы открыть металлический скобка. Снимите большую катушку, снимите ленту и намотайте ее на свой генератор. Попробуй это:

ЭЛЕКТРОНИКА GOLDMINE:
12В соленоид $ 3,75

НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ДРУГИЕ МАГНИТЫ
Используйте большие 2-дюймовые прямоугольные магниты из керамических блоков, продаваемые Radio Shack. и другие №64-1899.Или попробуйте другие перечислены здесь. Они стоят около 2 долларов каждый и не имеют отверстий в центре. Не использовать меньшие магниты 1 дюйм Radio Shack. Большинство других магнитов слишком слабые и не будет работать, если вы не раскрутите магниты невероятно быстро на тысячи об / мин (оборотов в минуту.) Нео редкоземельный супермагниты того же размера, что и выше, будут работать даже лучше, но дорого.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕНЬШИХ МАГНИТОВ
Если вы не можете дождаться почтового заказа правильные магниты, вместо них вы можете использовать двадцать из 1-дюймовых магнитов 64-1879.Склейте их вместе, чтобы получились два больших магнита. Вот как я это сделал. Сначала я сформировал четыре больших магнита: я склеил двадцать магнитов по четыре. отдельные стопки по пять магнитов в каждой. Я использовал 5-минутную эпоксидную смолу. Перед клей затвердевает, отрегулируйте магниты так, чтобы стороны каждой небольшой стопки были ровно и сотрите излишки эпоксидной смолы. (Чтобы стороны стали плоскими, я положил каждую сложите на алюминиевую фольгу, прижмите их, чтобы совместить магниты, затем отклеил фольгу, когда клей затвердел.) Затем приклейте два таких 5 магнитов складываются бок о бок, поэтому стопки отталкиваются друг от друга. другой, затем держите их вместе, пока клей не затвердеет.Таким образом N полюс одного стека находится около полюса N другого, а S — около S. то же самое с двумя другими стопками. Это дает вам два больших магнита, каждая состояла из десяти маленьких. На каждом магните должно быть по два отверстия. плоская поверхность полюса. Пусть магниты защелкнутся по обе стороны от вашего гвоздь как обычно. Они не такие мощные, как четыре «высокоэнергетических» керамических магниты, поэтому вам понадобится вдвое больше проволоки для генератор.

НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ДРУГИЕ ЛАМПОЧКИ
Этот генератор не может питать обычную лампочку фонарика, ему нужен специальный 40-миллиамперный, 1.Лампа на 5 В в продаже у All Electronics и др. (Миниатюрная лампа №48 или №49.) Также попробуйте использовать красный светодиод (но вы должны вращать магниты намного быстрее, вроде двадцать оборотов в секунду. Или удвоить обороты провода, а не только 250 футов.) Не используйте обычную лампочку фонарика, поскольку такой лампочке требуется гораздо больше энергии, прежде чем она начнет светиться. Чтобы зажечь светодиод, генератору нужно намотать более 250 витков. вокруг него. Пятьсот поворотов лучше, так тебе не придется крутиться магниты так быстро.Специальной лампочке нужно чуть больше половины вольт, а красные светодиоды загораются при 1,7 вольт.

СТАБИРУЙТЕ МАГНИТЫ, ЧТОБЫ ОНИ СИЛЬНО ПРИВЛЕКАЮТ
Убедитесь, что магниты сложены так, чтобы образовались две прочные опоры, иначе генератор не будет работать. Сделайте это: сложите все четыре магнита, так что их самые широкие грани держатся вместе. Затем зажмите гвоздь через щель в середине стопки. Тогда возьми это отдельно и таким же образом соберите его внутри генератора.

ТЩАТЕЛЬНО ОЧИСТИТЕ ПРОВОД
Если генератор отказывается работать, осмотрите место скручивания проводов. все вместе. Катушка генератора имеет очень тонкое красное пластиковое покрытие, и вы необходимо очистить ВСЕ это покрытие с концов проводов перед их скручиванием. провода лампочки. Также концы проводов лампочки должны быть очищен от пластика. Металлические провода должны соприкасаться. Если между металлом провода генератора и светом пластик провод лампочки, цепь будет «разомкнута» и заряд не будет течь.

Обязательно следуйте инструкциям и схемам. Вы ДОЛЖНЫ намотать катушку так что катушка проходит через ту сторону коробки, в которой есть отверстие для гвоздя. Если вы наматываете его так, чтобы катушка не пересекала сторону коробки с отверстиями для гвоздей, затем магнитные поля не будут проходить через провода, и электрическое напряжение не будет быть создан.

Также не наматывайте катушку на открытый конец коробки, иначе вы не сможет просунуть пальцы внутрь, чтобы внести изменения в магнит.

Если вы не можете вращать магниты пальцами достаточно быстро, попробуйте «спиральное сверло» или ручное сверло.Зажмите гвоздь в конце дрель и вращайте магниты так быстро, как только можете. Электрический дрель тоже может работать, но большинство электродрелей движутся не так быстро, как ручного типа. Также попробуйте трюк Арвинда Гупты: 300 см шнурка вокруг гвоздя, затем сильно потяните, чтобы вращать магниты быстро.

ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
[ВНИМАНИЕ, НЕКОТОРЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НЕ РАБОТАЮТ НА 4 ЦИКЛАХ В СЕКУНДУ, И РАЗРАБОТАНЫ ТОЛЬКО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ 50 Гц или 60 Гц.]
Если у тебя есть Цифровой вольтметр, установите его на измерение двух вольт переменного тока, затем подключите его к проводам генератора и раскрутите генератор.Лампочке нужно немного больше 0,50 В переменного тока, чтобы зажечь смутно. При 1.0V горит ярко. Если напряжение вашего генератора ниже чем 0,5 В, вам нужно крутить его намного быстрее, или вам нужны сильные магниты, или вам нужно добавить намного больше витков провода.

НЕ ЗАМЕНЯЙТЕ МАГНИТЫ ИЛИ ЛАМПОЧКУ ИНЫМИ ТИП
Для этого нужны сильные магниты и низковольтная слаботочная лампа накаливания. Если ваш генератор не работает, проверьте детали еще раз и убедитесь, что вы иметь правильный тип магнитов и правильный тип света лампочка.Не надо используйте меньше магнитов. Теоретически более слабые магниты могут работать, но вы — нет. достаточно быстро раскрутить их вручную, а высокоскоростной мотор будет требуется для их вращения. Не используйте светодиод. Красный светодиод может работать теоретически, но вам нужно как минимум 1-1 / 2 вольта, чтобы он едва загорелся ( зеленый или синий требуют еще более высокого напряжения.) Лампочка лучше потому что горит менее 1/2 вольт. (Если тебе действительно нужно загореться светодиод, используйте красный вид, а также добавьте еще около трех катушек провода №30 к катушке генератора.)

Возможно, вам не повезло, и у вас перегорела лампочка. Чтобы проверить это, получите любой новый, свежий аккумулятор на 1,5 В (размер не имеет значения). Снимите лампочку. генератор, затем прикоснитесь к одному проводу от лампочки к верхней части батареи и один провод снизу. Лампочка должна ярко загореться. Если остается темно, лампочка плохая.

Генератор можно улучшить, если использовать большее количество витков провода. Вы использовали только катушка с проволокой №30. С большим количеством проволоки магниты не должны вращаться, как быстро зажечь лампочку.Соедините самую тонкую из оставшихся катушек с к одному концу уже намотанной проволоки, не забудьте соскоблить концы проволоки полностью зачистите, прежде чем скручивать их вместе. Убедитесь, что намотайте дополнительный провод в том же направлении, что и остальную катушку.

Или, если вы хотите ДЕЙСТВИТЕЛЬНО зажечь лампочку, купите второй комплект. проволоки, прикрепите вторую катушку №30 к уже сделанной катушке, затем намотайте всю проволоку на катушку. Обязательно очистите весь красный пластик концы добавленной вами дополнительной проволоки.

---

Производство электроэнергии за счет энергии ветра. Технология и экономика.

(Технология и экономика)

Ветер — это источник свободной энергии, который с древних времен использовался в ветряных мельницах для перекачивания воды или измельчения муки. Технология мощных трансмиссий с редуктором была разработана много веков назад конструкторами ветряных мельниц, а крыльчатка, направленная против ветра, была одним из первых в мире примеров автоматической системы управления.

Ветряные мельницы в Киндердейке в Нидерландах, датируемые 1740 годом, используемые для откачки воды из польдера

Источник — Птицы как искусство

Хотя современные технологии значительно повысили эффективность ветряных мельниц, которые сейчас широко используются для производства электроэнергии, они по-прежнему зависят от капризов погоды.Не только по направлению ветра, но и по непостоянной и непредсказуемой силе ветра. Слишком слабый ветер, и они не могут обеспечить достаточную устойчивую мощность для преодоления потерь на трение в системе. Слишком много, и они подвержены повреждениям. Между этими крайностями были разработаны экономичные установки для извлечения энергии из ветра.

Доступная энергия ветра

• Теоретическая мощность
  Мощность P , доступная при ветре, падающем на ветрогенератор, определяется по формуле:

P = ½CAρv ³

, где C — коэффициент полезного действия, известный как коэффициент мощности, который зависит от конструкции машины, A — площадь фронта ветра, перехватываемого лопастями ротора (рабочая площадь), ρ — плотность ветра. воздух (в среднем 1.225 кг / м ³ на уровне моря) и v — скорость ветра.

Обратите внимание, что мощность пропорциональна площади, охватываемой лопастями, плотности воздуха и кубу скорости ветра. Таким образом, удвоение длины лопасти дает в четыре раза большую мощность, а удвоение скорости ветра дает в восемь раз большую мощность.

Также обратите внимание, что эффективная рабочая площадь лопастей представляет собой кольцевое кольцо, а не круг, из-за мертвого пространства вокруг ступицы лопастей.

Аналогичное уравнение применяется к теоретической мощности, вырабатываемой гидротурбинами «русла реки» и «приливного потока».

Преобразование энергии

• Практическая мощность и эффективность преобразования

Немецкий аэродинамик Альберт Бец показал, что максимум всего 59.3% теоретической мощности может быть извлечено из ветра, независимо от того, насколько хороша ветряная турбина, в противном случае ветер остановился бы при ударе лопастей. Он математически продемонстрировал, что оптимум достигается, когда ротор снижает скорость ветра на одну треть.

В практических конструкциях неэффективность конструкции и потери на трение еще больше уменьшают доступную от ветра мощность. Преобразование этой энергии ветра в электроэнергию также приводит к потерям до 10% в трансмиссии и генераторе и еще 10% в инверторе и кабелях.Кроме того, когда скорость ветра превышает номинальную скорость ветра, системы управления ограничивают преобразование энергии, чтобы защитить электрический генератор, так что в конечном итоге ветряная турбина будет преобразовывать только от 30% до 35% доступной энергии ветра в электрическую энергию.

Обратите внимание, что выходная мощность имеющихся в продаже домашних ветряных турбин обычно указывается при постоянной скорости ветра без порывов 12.5 м / с. (Сила 6 по шкале Бофорта, соответствующая сильному ветру). Во многих местах, особенно в городских условиях, преобладающий ветер редко достигает такой скорости.

• Конструкция лезвия для оптимального захвата энергии

Современные ветряные турбины большой мощности, такие как те, которые используются электроэнергетическими предприятиями в энергосистеме, обычно имеют лопасти с поперечным сечением, аналогичным аэродинамическим крыльям, используемым для обеспечения подъемной силы в крыльях самолета.

Направление вымпельного ветра, то есть падающего ветра, относительно линии хорды крылового крыла известно как угол атаки . Как и в случае с крыльями самолета, подъемная сила, возникающая из-за силы падающего ветра, увеличивается по мере увеличения угла атаки от 0 до максимум примерно 15 градусов, в этот момент плавный ламинарный поток воздуха над лопастью прекращается, и воздушный поток через лезвие отделяется от аэродинамического профиля и становится турбулентным.Выше этой точки подъемная сила быстро уменьшается, а сопротивление увеличивается, что приводит к сваливанию. Подробнее об угле атаки.

Тангенциальная скорость S любой секции лопасти на расстоянии r от центра вращения (основания лопасти) определяется как S = r Ω , где Ω — угловая скорость вращения в радианах. .

Для данной скорости ветра вымпельный ветер у основания лопасти будет отличаться от вымпельного ветра у конца лопасти, потому что относительная скорость вращения ветра отличается.

Для данной скорости вращения тангенциальная скорость секций лезвия увеличивается по длине лезвия по направлению к кончику, так что шаг лезвия должен быть скручен, чтобы поддерживать одинаковый оптимальный угол атаки на всех участках вдоль длина клинка. Таким образом, поворот лопастей оптимизирован для заданной скорости ветра. Однако по мере изменения скорости ветра поворот не будет оптимальным.Для сохранения оптимального угла атаки при увеличении скорости ветра лопасти с фиксированным шагом должны соответственно увеличивать свою скорость вращения, в противном случае для роторов с фиксированной скоростью должны использоваться лопасти с изменяемым шагом.

Число лопастей в роторе турбины и его частота вращения должны быть оптимизированы для извлечения максимальной энергии из имеющегося ветра.

Хотя использование роторов с несколькими лопастями должно улавливать больше энергии ветра, существует практический предел количества лопастей, которые можно использовать, поскольку каждая лопасть вращающегося ротора оставляет турбулентность в своем следе, и это снижает количество энергии, которое можно извлекать из ветра.Этот же эффект турбулентности также ограничивает возможные скорости ротора, потому что высокоскоростной ротор не обеспечивает достаточно времени для того, чтобы воздушный поток успокоился после прохождения лопасти до того, как появится следующая лопасть.

Существует также нижний предел как количества лопастей, так и скорости ротора. При слишком малом количестве лопастей ротора или при медленном вращении ротора большая часть ветра будет беспрепятственно проходить через зазор между лопастями, что снижает возможность захвата энергии ветра.Чем меньше количество лопастей, тем быстрее должен вращаться ротор ветряной турбины для извлечения максимальной мощности от ветра.

Понятие соотношения скоростей наконечника (TSR) — это концепция, используемая разработчиками ветряных турбин для оптимизации набора лопастей в соответствии со скоростью вала, требуемой конкретным генератором электроэнергии, при одновременном извлечении максимальной энергии из ветра.

Передаточное число конечной скорости определяется выражением:

TSR = ΩR / V

, где Ом, — угловая скорость ротора, R — расстояние между осью вращения и концом лопасти, а V — скорость ветра.

Хорошо спроектированный типичный трехлопастный ротор будет иметь передаточное число на конце примерно от 6 до 7.

• Расчетные пределы

Из соображений безопасности и эффективности ветряные турбины подлежат эксплуатационным ограничениям в зависимости от ветровых условий и конструкции системы.

• Скорость ветра при включении Это минимальная скорость ветра, ниже которой никакая полезная мощность не может быть произведена ветровой турбиной, обычно между 3 и 4 м / с (10 и 14 км / ч, 7 и 9 миль в час).
• Номинальная скорость ветра (также связана с мощностью паспортной таблички ) Это наименьшая скорость ветра, при которой турбина развивает свою полную мощность. Это соответствует максимальной безопасной электрической генерирующей мощности, с которой может справиться соответствующий электрический генератор, другими словами, номинальной выходной электрической мощности генератора. Расчетная скорость ветра обычно составляет около 15 м / с (54 км / ч, 34 мили в час), что примерно вдвое превышает ожидаемую среднюю скорость ветра.Чтобы турбина работала при скорости ветра выше номинальной скорости ветра, можно использовать системы управления для изменения шага лопаток турбины, уменьшения скорости вращения ротора и, таким образом, ограничения механической мощности, подаваемой на генератор, так что электрическая мощность на выходе остается постоянным. Несмотря на то, что турбина работает при скорости ветра вплоть до предельной скорости ветра, ее эффективность автоматически снижается на скоростях выше номинальной, так что она улавливает меньше доступной энергии ветра для защиты генератора.Хотя можно было бы использовать более крупные генераторы для извлечения полной энергии из ветра со скоростью, превышающей номинальную скорость ветра, обычно это было бы неэкономично из-за более низкой частоты появления скорости ветра, превышающей номинальную скорость ветра.
• Скорость ветра при отключении Это максимальная безопасная рабочая скорость ветра и скорость, при которой ветряная турбина рассчитана на отключение путем торможения для предотвращения повреждения системы. Помимо электрических или механических тормозов, турбина может замедляться из-за остановки или закручивания.
• Остановка Это самокорректирующаяся или пассивная стратегия, которая может использоваться с ветряными турбинами с фиксированной скоростью. По мере того как скорость ветра увеличивается, увеличивается и угол атаки ветра, пока он не достигает своего угла сваливания, в этот момент разрушается «подъемная» сила, поворачивающая лопасть. Однако увеличение угла атаки также увеличивает эффективное поперечное сечение лопасти, обращенной к ветру, и, таким образом, прямую силу ветра и связанную с этим нагрузку на лопасти.Полностью остановившаяся лопатка турбины в остановленном состоянии имеет плоскую сторону лопасти, направленную прямо против ветра.
• Закрутка или оперение Это техника, заимствованная из парусного спорта, в которой управление шагом лопастей используется для уменьшения угла атаки, что, в свою очередь, уменьшает «подъемную силу» лопастей, а также эффективное поперечное сечение аэродинамической поверхности. лицом к ветру. Полностью свернутая турбинная лопатка в остановленном состоянии имеет край лопасти, обращенный против ветра, что снижает силу ветра и нагрузки на лопатку.

Скорость отключения задана как можно более высокой в ​​соответствии с требованиями безопасности и практичностью, чтобы улавливать как можно больше доступной энергии ветра по всему спектру ожидаемых скоростей ветра (см. Диаграмму распределения скорости ветра ниже) . Скорость отключения 25 м / с (90 км / ч, 56 миль / ч) типична для очень больших турбин.

• Survival Wind Speed ​​ Это максимальная скорость ветра, на которую рассчитана данная ветряная турбина, выше которой она не выдержит.Скорость выживания коммерческих ветряных турбин находится в диапазоне от 50 м / с (180 км / ч, 112 миль / ч) до 72 м / с (259 км / ч, 161 миль / ч). Наиболее распространенная скорость выживания — 60 м / с (216 км / ч, 134 миль / ч). Безопасная скорость выживания зависит от местных ветровых условий и обычно регулируется национальными стандартами безопасности.
• Контроль рыскания

Ветряные мельницы могут извлекать максимальную мощность из имеющегося ветра только тогда, когда плоскость вращения лопастей перпендикулярна направлению ветра.Чтобы гарантировать это, крепление ротора должно свободно вращаться вокруг своей вертикальной оси, а установка должна включать в себя некоторую форму управления рысканием, чтобы вращать ротор против ветра.

Для небольших и легких установок это обычно достигается добавлением хвостового плавника за ротором на одной оси с его осью. Любая боковая составляющая ветра будет иметь тенденцию толкать сторону хвостового оперения, заставляя опору ротора поворачиваться до тех пор, пока плавник не будет соответствовать ветру. Когда ротор направлен против ветра, на ребро не будет действовать поперечная сила, и ротор останется на месте.Трение и инерция будут удерживать его в таком положении, чтобы он не следовал за небольшими возмущениями.

Большие турбинные установки имеют системы автоматического управления с датчиками ветра для отслеживания направления ветра и приводной механизм для приведения ротора в оптимальное положение.

• Коэффициент мощности

Электрогенерирующее оборудование обычно указывается на номинальную мощность.Обычно это максимальная мощность или выходная энергия, которая может быть произведена в оптимальных условиях. Поскольку ветряная турбина редко работает с оптимальной мощностью, фактическая выработка энергии за год будет намного меньше ее номинальной мощности. Более того, часто бывают периоды, когда ветряная турбина вообще не может выдавать мощность. Это происходит, когда ветра недостаточно для питания турбинной системы, или в другие периоды, к счастью, лишь некоторые из них, когда ветряная турбина должна быть остановлена, потому что скорость ветра опасно высока и превышает скорость отключения системы.

Коэффициент мощности — это просто фактическая выработка энергии ветряным генератором за заданный период, деленная на теоретическую выработку энергии, если бы машина работала с номинальной мощностью в течение того же периода. Типичные коэффициенты мощности для ветряных турбин находятся в диапазоне от 0,25 до 0,30. Таким образом, ветряная турбина мощностью 1 мегаватт будет вырабатывать в среднем всего около 250 киловатт мощности. (Для сравнения, коэффициент мощности выработки тепловой энергии находится в пределах 0.70 и 0,90)

Характеристики ветроэнергетики

• Скорость ветра

Хотя силу и мощь ветра трудно определить количественно, для характеристики его интенсивности использовались различные шкалы и описания. Шкала Бофорта — одна из широко используемых мер. Самая низкая точка или ноль по шкале Бофорта соответствует самым спокойным условиям, когда скорость ветра равна нулю и дым поднимается вертикально.Наивысшая точка определяется как сила 12, когда скорость ветра превышает 34 метра в секунду (122 км / ч, 76 миль в час). как это происходит во время тропических циклонов, когда сельская местность разрушена ураганом.

Небольшие ветряные турбины обычно работают в диапазоне от 3 до 7 баллов по шкале Бофорта, при этом номинальная мощность обычно определяется как 6 баллов при скорости ветра 12 м / с.

Ниже силы 3 ветряная турбина не будет вырабатывать значительную мощность.

При силе 3 балла скорость ветра составляет от 3,6 до 5,8 м / с (от 8 до 13 миль в час). Ветер описывается как «легкий», листья находятся в движении, и флаги начинают расширяться.

При силе 7 баллов скорость ветра составляет от 14 до 17 м / с (от 32 до 39 миль в час). Условия ветра описываются как «сильные», и все деревья находятся в движении.

При ветре силой выше 7 баллов малые домашние ветряные турбины следует отключать, чтобы предотвратить повреждение.

Большие турбины, используемые в электросети, предназначены для работы при скорости ветра до 25 м / с (90 км / ч, 56 миль в час), что соответствует между 9 (сильный шторм, 23 м / с) и 10 ( шторм, 27 м / с) по шкале Бофорта.

• Устойчивость к ветру

Преимущество энергии ветра в том, что она обычно доступна 24 часа в сутки, в отличие от солнечной энергии, которая доступна только в светлое время суток.К сожалению, наличие энергии ветра менее предсказуемо, чем солнечная энергия. По крайней мере, мы знаем, что солнце встает и заходит каждый день. Тем не менее, основываясь на данных, собранных за многие годы, можно сделать некоторые прогнозы относительно повторяемости ветра с разной скоростью, если не времени.

• Распределение скорости ветра

Следует проявлять осторожность при расчете количества энергии, получаемой от ветра, поскольку его потенциал довольно часто переоценивают.Вы не можете просто взять среднее значение скорости ветра в течение года и использовать его для расчета энергии, доступной от ветра, потому что его скорость постоянно меняется, а его мощность пропорциональна кубу скорости ветра. (Энергия = Мощность X Время). Вы должны взвесить вероятность каждой скорости ветра с соответствующим количеством энергии, которую он несет.

Опыт показывает, что для данной высоты над землей частота, с которой дует ветер с любой конкретной скоростью, следует распределению Рэлея.Пример показан ниже.

Важные примечания

1. Модальная скорость ветра, то есть скорость, с которой ветер дует чаще всего, меньше средней скорости ветра, которая часто используется для обозначения типичных ветровых условий. Для справки, средняя скорость ветра в Великобритании, указанная Министерством торговли и промышленности (DTI), составляет примерно 5 баллов.6 метров в секунду [м / с] на высоте 10 метров над уровнем земли (agl) ».
2. Опубликованные средние значения скорости ветра достоверны только для открытой сельской местности. Скорость ветра чуть выше уровня крыши в городских условиях будет значительно ниже приведенных средних значений из-за турбулентности и экранирования, создаваемого зданиями и деревьями. Ветряная турбина, расположенная ниже конька здания или на аналогичной высоте в саду городского дома, как часто указывается в литературе по продаже продукции, вряд ли обеспечит уровни энергии, заявленные в технических характеристиках.
3. Распределение не отражает содержание энергии ветра, поскольку оно пропорционально кубу скорости ветра.
4. Распределение, подобное приведенному выше, действительно только для преобладающих ветровых условий на определенной высоте над землей. Средняя скорость ветра обычно увеличивается с высотой, а затем выравнивается, поэтому ветряные турбины обычно устанавливают как можно выше над землей.

Эмпирическая формула, разработанная Д.Л. Эллиотт из Pacific Northwest Labs дает скорость ветра V на высоте H над уровнем земли как

.

V = Vref (H / Href) ^α

Где Vref — эталонная скорость ветра на эталонной высоте Href , а показатель степени α — поправочный коэффициент, зависящий от препятствий на земле, плотности воздуха и факторов устойчивости к ветру. При оценке ветровых ресурсов α обычно принимается за постоянную 1/7 часть.Гистограмма ниже показывает эту взаимосвязь.

Распределение ветровой энергии

Гистограмма ниже показывает результирующее распределение содержания энергии ветра, наложенное на рэлеевское распределение скорости ветра (вверху), которое его вызвало. К сожалению, не вся эта энергия ветра может быть уловлена ​​обычными ветряными турбинами.

Банкноты

1. Пиковая энергия ветра возникает при скорости ветра, значительно превышающей как модальную, так и среднюю скорость ветра, поскольку содержание энергии ветра пропорционально кубу его скорости.
2. На низких скоростях доступно очень мало энергии, и большая ее часть потребуется для преодоления потерь на трение в ветряной турбине. Выработка энергии обычно не прекращается, пока ветер не дует со скоростью от 3 до 5 м / с.
3. Высокая скорость ветра вызывает высокие скорости вращения и высокие напряжения в ветряной турбине, что может привести к серьезным повреждениям установки. Чтобы избежать этих опасных условий, ветряные турбины обычно проектируются так, чтобы отключаться при скорости ветра около 25 м / с либо путем торможения, либо смещения лопастей ротора, позволяя ветру распространяться по лопастям, хотя для небольших домашних установок могут быть более низкие эксплуатационные ограничения.
4. Из-за ограничений системы генерации, а также из-за верхнего предела скорости, при котором ветряная турбина может безопасно использоваться, она может улавливать только половину или меньше доступной энергии ветра.

Для данной скорости ветра энергия ветра также зависит от высоты установки ветряной турбины над уровнем моря. Это связано с тем, что плотность воздуха уменьшается с высотой, а энергия ветра пропорциональна плотности воздуха.Этот эффект показан на следующей гистограмме.

Банкноты

1. Для данной скорости ветра плотность энергии ветра уменьшается с увеличением высоты. Однако в то же время фактическая скорость ветра имеет тенденцию увеличиваться с увеличением высоты над уровнем земли. Поскольку энергия ветра пропорциональна кубу скорости ветра, чистый эффект заключается в том, что энергия ветра имеет тенденцию увеличиваться с увеличением высоты над уровнем земли.
2. По мере того, как плотность воздуха уменьшается с высотой, плотность энергии ветра также уменьшается. Напротив, доступная солнечная энергия увеличивается с высотой из-за меньшего атмосферного поглощения. См. Раздел «Солнечное излучение и инсоляция (падающее солнечное излучение)».

• Рекомендации по размещению

Обычно морские районы и открытые вершины холмов обеспечивают наиболее благоприятные ветровые условия со скоростью ветра более 5 м / с.
Турбулентные условия уменьшат количество энергии, которое может быть извлечено из ветра, что, в свою очередь, снизит общую эффективность системы. Это более вероятно над сушей, чем над морем. Поднятие турбины на высоту над землей эффективно поднимает ее над самой сильной турбулентностью и повышает эффективность.

Бытовые ветряные турбины, расположенные между зданиями в городских условиях, редко работают с максимальной эффективностью из-за турбулентности, а также из-за защиты от ветра зданиями и деревьями.

Практические системы

Сообщество / Сеть

Ветрогенераторы Vesta 7 МВт с диаметром ротора 164 м

(Источник ИЭПП)

Системы, подключенные к сети, рассчитаны на среднюю скорость ветра 5.5 м / с на суше и 6,5 м / с на море, где турбулентность ветра меньше, а скорость ветра выше. Хотя морские установки выигрывают от более устойчивой скорости ветра, их строительство и затраты на обслуживание выше.

Крупномасштабные ветряные турбогенераторы мощностью до 8 МВт или более с диаметром ротора до 164 метров в настоящее время работают во многих регионах мира, а на стадии разработки находятся еще более крупные конструкции.

Источник US DOE (EERE)

Большие лопасти ротора необходимы для перехвата максимального потока воздуха, но они приводят к очень высоким скоростям наконечников.Однако конечные скорости должны быть ограничены, в основном из-за неприемлемых уровней шума, что приводит к очень низким скоростям вращения, которые могут составлять от 10 до 20 об / мин для больших ветровых турбин. Однако рабочая скорость генератора намного выше, обычно 1200 об / мин, что определяется количеством пар его магнитных полюсов и частотой электросети. Следовательно, необходимо использовать редуктор для увеличения скорости вала, чтобы приводить генератор на фиксированную синхронную скорость, соответствующую частоте сети.

Обратите внимание, что «синхронный генератор» — это генератор, электрическая выходная частота которого синхронизирована со скоростью его вала. Он не обязательно синхронизируется с частотой сети, хотя обычно это является целью и для этого необходимы внешние средства управления.

Ветрогенераторы с фиксированной скоростью

В типичной системе с фиксированной скоростью используется ротор с тремя лопастями с изменяемым шагом, которые регулируются автоматически для поддержания фиксированной скорости вращения при любой скорости ветра.Ротор приводит в движение синхронный генератор через коробку передач, и вся сборка размещается в гондоле на вершине солидной башни с массивным фундаментом, для которого требуются сотни кубометров железобетона.

Однако системы

с фиксированной скоростью могут испытывать чрезмерные механические нагрузки. Поскольку они должны поддерживать фиксированную скорость независимо от скорости ветра, в механизме нет «уступки» для поглощения порывов ветра, что приводит к высокому крутящему моменту, высоким напряжениям и чрезмерному износу коробки передач, что увеличивает затраты на техническое обслуживание. и сокращение срока службы.В то же время время реакции этих механических систем может составлять десятки миллисекунд, так что каждый раз, когда порыв ветра ударяет по турбине, можно наблюдать быстрые колебания выходной электрической мощности. Кроме того, ветровые турбины с регулируемой скоростью могут улавливать на 8-15% больше энергии ветра, чем машины с постоянной скоростью. По этим причинам системы с регулируемой скоростью предпочтительнее систем с фиксированной скоростью. Подробнее о свойствах синхронных генераторов.

Ветрогенераторы с переменной скоростью

Генератор с регулируемой скоростью лучше справляется с условиями штормового ветра, поскольку его ротор может ускоряться или замедляться, чтобы поглотить силы, когда порывы ветра внезапно увеличивают крутящий момент в системе.Электронные системы управления будут поддерживать постоянную выходную частоту генератора во время колебаний ветра.

• Синхронный генератор с линейным регулированием частоты

Вместо того, чтобы регулировать скорость вращения турбины для получения фиксированной частоты, синхронизированной с сетью от синхронного генератора, ротор и турбина могут работать с переменной скоростью, соответствующей преобладающим ветровым условиям.Это приведет к изменению выходной частоты генератора, синхронизированной со скоростью вращения приводного вала. Этот выходной сигнал затем может быть выпрямлен на стороне генератора преобразователя AC-DC-AC и преобразован обратно в переменный ток в инверторе на стороне сети преобразователя, который синхронизирован с частотой сети. См. Следующую схему. Преобразователь на стороне сети также может использоваться для подачи реактивной мощности (VArs) в сеть для управления коэффициентом мощности и регулирования напряжения путем изменения угла включения тиристорного переключателя в инверторе и, таким образом, фазы выходного тока по отношению к напряжению. .См. Объяснение и дополнительные сведения о том, зачем нужна реактивная мощность, в разделе о качестве электроэнергии и поддержке напряжения, используемой в электросети.

Диапазон скоростей ветра, в котором может работать система, может быть расширен, а механические средства безопасности могут быть включены с помощью дополнительной системы управления скоростью, основанной на управлении шагом лопастей ротора, как это используется в системе с фиксированной скоростью, описанной выше.

Одним из основных недостатков этой системы является то, что компоненты и электронные схемы управления в преобразователе частоты должны быть рассчитаны на передачу полной мощности генератора. Индукционный генератор с двойным питанием DFIG преодолевает эту трудность.

• Индукционный генератор с двойным питанием — DFIG

Технология DFIG в настоящее время является предпочтительной ветроэнергетической технологией.Асинхронный индукционный генератор, подключенный к основной сети, получает ток возбуждения от сети через обмотки статора и имеет ограниченный контроль над своим выходным напряжением и частотой. Индукционный генератор с двойным питанием позволяет подавать второй ток возбуждения через контактные кольца на намотанный ротор, что позволяет лучше контролировать выходную мощность генератора.

Система DFIG состоит из 3-х фазного генератора с обмоткой ротора, обмотки статора которого питаются от сети, а обмотки ротора питаются через систему обратного преобразователя в двунаправленной петле обратной связи, принимающей мощность либо от сети к генератору, либо от генератора. в сетку.См. Следующую схему.

• Принцип работы генератора

Система управления с обратной связью контролирует выходное напряжение и частоту статора и выдает сигналы об ошибках, если они отличаются от стандартов сети. Ошибка частоты равна частоте скольжения генератора и эквивалентна разнице между синхронной скоростью и фактической скоростью вала машины.

Возбуждение от обмоток статора заставляет генератор действовать во многом так же, как и основной генератор с короткозамкнутым ротором или с фазным ротором (см. Дополнительные сведения о свойствах индукционных генераторов и их работе). Без дополнительного возбуждения ротора частота медленно работающего генератора будет меньше частоты сети, которая обеспечивает его возбуждение, и его скольжение будет положительным. И наоборот, если бы он работал слишком быстро, частота была бы слишком высокой, и его скольжение было бы отрицательным.

Ротор поглощает энергию от сети для ускорения и подает энергию в сеть для замедления. Когда машина работает синхронно, частота комбинированного возбуждения статора и ротора соответствует частоте сети, проскальзывания нет, и машина будет синхронизирована с сетью.

• Преобразователь на стороне сети — GSC: Переносит ток на частоте сети.Это схема преобразователя переменного тока в постоянный, используемая для подачи регулируемого постоянного напряжения на инвертор в преобразователе со стороны машины (MSC). Он используется для поддержания постоянного напряжения в промежуточном контуре. Конденсатор подключен к звену постоянного тока между двумя преобразователями и действует как накопитель энергии. Преобразователь на стороне сети используется для поддержания постоянного напряжения в звене постоянного тока. В обратном направлении инвертор GSC подает мощность в сеть с регулируемыми сетью частотой и напряжением.

Как и в случае с линейным преобразователем, описанным выше, путем регулировки синхронизации переключения инвертора GSC, преобразователь GSC также обеспечивает переменную выходную реактивную мощность для уравновешивания реактивной мощности, потребляемой из сети, что позволяет корректировать коэффициент мощности, как в линейной частоте система управления описана выше.

• Преобразователь на стороне машины — MSC: Переносит ток с частотой скольжения. Это преобразователь постоянного тока в переменный, который используется для подачи переменного напряжения и частоты переменного тока на ротор для управления крутящим моментом и скоростью машины.

Когда генератор работает слишком медленно, его частота будет слишком низкой, так что он будет фактически двигателем. Преобразователь на стороне машины получает мощность постоянного тока от звена постоянного тока и подает выходную мощность переменного тока с частотой скольжения на ротор, чтобы устранить его скольжение двигателя и, таким образом, увеличить его скорость.Если ротор работает слишком быстро, что приводит к слишком высокой частоте генератора, MSC извлекает мощность переменного тока из ротора с частотой скольжения, вызывая его замедление, уменьшая скольжение генератора, и преобразует выходную мощность ротора в постоянный ток, передавая его через Линия постоянного тока к GSC, где она преобразуется в фиксированное напряжение и частоту сети и вставляется в сеть.

• Управление DFIG
  • Частота

  Частота токов ротора, индуцируемых действием трансформатора от статора, такая же, как частота скольжения, и это эквивалентно сигналу ошибки частоты в контуре обратной связи.

  Дополнительное прямое возбуждение ротора добавляет второй набор контролируемых токов к токам, уже индуцированным в роторе действием трансформатора от статора. Эти дополнительные токи влияют на скорость вращения ротора так же, как токи, индуцированные статором, создавая дополнительный вращающий момент на роторе, за исключением того, что дополнительные токи ротора не зависят от скорости ротора. Частота управляющего тока, подаваемого MSC, может точно контролироваться для согласования и, таким образом, нейтрализации частоты скольжения, так что при нулевом скольжении генератор вращается с синхронной частотой, определяемой сетью.Чем больше проскальзывание, тем больше требуется частота компенсации.

  Система управления должна реагировать как на положительное (двигатель), так и на отрицательное (генератор) скольжение.

  Чтобы увеличить скорость медленно вращающегося ротора, последовательность фаз обмоток ротора устанавливается так, чтобы магнитное поле ротора было в том же направлении, что и ротор генератора, создавая отрицательное скольжение, чтобы противодействовать и, таким образом, нейтрализовать положительное скольжение ротора.Чтобы уменьшить скорость ротора, чередование фаз обмоток ротора установлено в направлении, противоположном направлению вращения генератора, что создает положительное скольжение, чтобы противодействовать отрицательному скольжению ротора.

  При работе с синхронной скоростью ток ротора будет постоянным, и через ротор не будет проскальзывания и потока мощности.

  • Напряжение

  Выходное напряжение генератора определяется величиной тока возбуждения, подаваемого на ротор, и его можно регулировать с помощью входного напряжения ротора, обеспечиваемого MSC.Прерыватель или широтно-импульсный модулятор PWM используется для генерации необходимого переменного управляющего напряжения постоянного тока. Таким образом, средства управления с обратной связью преобразователя позволяют регулировать ток возбуждения с помощью MSC для нейтрализации сигнала ошибки напряжения и, таким образом, получения постоянного напряжения на шине, согласованного с напряжением сети.

• Производительность DFIG
• Система DFIG обеспечивает регулируемую мощность, привязанную к частоте сети и напряжению, когда приводится в движение за счет переменного крутящего момента ветра.
• Типичный диапазон регулирования скорости составляет ± 30% от синхронной скорости.
• Для более широкого диапазона регулирования скорости может потребоваться отдельное регулирование шага на лопатках ротора ветряной турбины.
• Поток мощности генератора распределяется между статором и ротором, причем 70% или более поступает от статора. Контур обратной связи передает только мощность скольжения, которая составляет от 20% до 30% от общей.
• Из-за меньшей мощности, протекающей через преобразователи, по сравнению с поточной системой управления, описанной выше, преобразователи DFIG могут быть реализованы с использованием менее дорогих компонентов с меньшей мощностью.
• Машина DFIG может производить вдвое большую мощность, чем машина аналогичного размера с одиночной подачей, при этом неся аналогичные потери, однако к этому следует добавить потери в электронном управлении.Тем не менее, эффективность машины DFIG выше, чем у машины с одиночной подачей.

Ветряные электростанции

Объединение от 10 до 100 ветряных турбин в так называемые «ветряные фермы» может привести к экономии от 10% до 20% затрат на строительство, распределение и техническое обслуживание.

Согласно NREL, «след» земли, необходимый для обеспечения пространства для турбинных башен, дорог и опорных конструкций, обычно находится между 0.1 и 0,2 га (0,25 и 0,50 акра) на турбину. Поскольку типичная мощность ветряных турбин, установленных на существующих ветряных электростанциях, составляет около 2 МВт, потребуется ветряная электростанция с 2000 ветряными турбинами на площади от 200 до 400 гектаров (от 500 до 1000 акров) только для замены энергии 4000 МВт, вырабатываемой британской компанией Drax. угольная электростанция.

К сожалению, с точки зрения экономики ветряных турбин, коммунальной компании необходимо поддерживать эквивалентную мощность из других источников (обычных генерирующих станций или батарей) только для обеспечения снабжения потребителей энергосистемы, когда ветер не дует.

Бытовые ветряные установки

Ветряная турбина 1,6 кВт с ротором диаметром 2,8 м от Cyclone Green Power Inc.

В типичной домашней системе ветряная турбина соединена непосредственно с трехфазным асинхронным генератором переменного тока с постоянными магнитами, установленным на том же валу.В целях экономии капитальных затрат в бытовых установках нет лопастей ротора с переменным шагом, поэтому скорость ротора зависит от скорости ветра. Выходное напряжение и частота генератора пропорциональны скорости ротора, а ток пропорционален крутящему моменту на валу. Выходной сигнал выпрямляется и подается через повышающий-понижающий стабилизатор на инвертор, который генерирует требуемое переменное напряжение фиксированной амплитуды и частоты.

Примечание: Возможна путаница в классификации генератора.Фактически это синхронный генератор, потому что частота его выхода напрямую синхронизируется со скоростью ротора. Однако в этом приложении он называется асинхронным генератором, потому что выходная частота генератора не синхронизирована с частотой сети / электросети.

• Городское хозяйство

Размеры лопастей ветряных турбин в городских условиях обычно ограничиваются по практическим соображениям до менее 1 метра (2 метра в диаметре), а также в соответствии с местными постановлениями планирования, и по аналогичным причинам высота турбины над землей ограничена чуть выше уровня крыши. но ниже уровня верхушек деревьев.

• Экономика

Типичная бытовая установка с диаметром охватываемой детали 1,75 м (охватываемая площадь 2,4 м ² ) стоит около 1500 фунтов стерлингов (2250 долларов США). При номинальной скорости ветра 12,5 м / с (28 миль в час) перехватываемая ветровая мощность составит 2870 Вт, но после учета всех неизбежных потерь в системе фактическая выходная электрическая мощность составит около 1000 Вт. Однако это верхний предел возможностей производительности.Турбулентность ветра и экранирование из-за зданий и деревьев препятствуют устойчивому сильному потоку без порывов ветра, и в любом случае в большинстве случаев скорость ветра, скорее всего, будет ближе к нижнему пределу технических характеристик на уровне 4 м / с (9 миль в час), то есть легкий ветерок. На этой скорости выходная мощность системы будет около 32 Вт — недостаточно для питания одной лампочки. Большую часть времени генерируемая мощность может быть меньше потребляемой инвертором мощности в режиме покоя.

При работе с постоянной выходной мощностью 32 Вт в течение всего года будет произведено только 280 кВтч (280 единиц) электроэнергии на сумму 28 фунтов стерлингов при сегодняшней цене 0 фунтов стерлингов.10 (0,15 доллара США) за кВтч. Для сравнения: типичное домохозяйство в Великобритании потребляет около 5 000 кВт / ч электроэнергии в год.

Поскольку система подключена непосредственно к сети, нет необходимости в резервном аккумуляторе, и в любом случае стоимость аккумуляторов сделает и без того слабое экономическое обоснование системы еще более слабым. См. Также Grid Connected Systems

Таким образом, небольшие бытовые установки ветряных турбин на крыше не вносят серьезного вклада в энергоснабжение домашних хозяйств.

Самообеспечение и продажа излишков энергии обратно коммунальному предприятию исключены, а срок окупаемости капитальных вложений не просматривается.

• Углеродный след

Как и в случае с солнечной энергией, если инвестиции не пройдут общепринятые экономические тесты, понятие углеродного следа часто используется для оправдания затрат, исходя из потенциала сокращения количества парниковых газов, выбрасываемых альтернативными методами производства электроэнергии.

• Сельское хозяйство

Экономика сельских и удаленных районов делает ветроэнергетику более привлекательной по сравнению с городской. Из-за удаленности подключение к электросети может оказаться невозможным или непомерно дорогим. Кроме того, возможны более крупные и более эффективные ветроэнергетические установки, и преобладающие ветры также будут сильнее.Также Автономные системы

• Гибридные установки

Гибридные системы, сочетающие энергию ветра и солнца, обеспечивают разнообразие энергии, снижая риск отключения электроэнергии. Скорость ветра часто бывает высокой зимой, когда доступная солнечная энергия низка, и низкой летом, когда доступная солнечная энергия высока.

Гибридные системы

более подробно рассматриваются в разделе «Энергетические системы удаленной зоны

».

Энергия ветра является ценным дополнением к крупномасштабным электростанциям с базовой нагрузкой.Там, где есть экономическая поддержка, такая как гидроэнергетика или крупномасштабные аккумуляторные батареи, которые могут быть задействованы в очень короткие сроки, значительная часть электроэнергии может быть обеспечена за счет ветра.

No related posts.