Ako vyrobiť veterný generátor vlastnými rukami?

Veterný generátor na výrobu elektriny je nenahraditeľným zdrojom elektriny tam, kde nie je veľa slnečného svetla, v blízkosti nie sú žiadne rieky a neexistujú centralizované rozvodné siete.

Princípom činnosti veterného generátora je premena veternej energie na elektrickú energiu.

V systémoch, kde je potrebná tepelná energia na výrobu elektriny, používajú:

• motor poháňaný plynom, benzínom alebo naftou;
• uvoľňovanie tepla z dosiek a blokov jadrového reaktora, ktorého teplo sa využíva na premenu vody na paru - v parnej turbíne;
• rôzne druhy paliva spaľovaného v kogeneračnej jednotke, nahrádzajúce teplo, teplo z jadrového reaktora.

Solárne panely stoja od seba, kde sa ako zdroj energie používa svetlo a nie tepelná alebo mechanická energia.

Ale späť k „veterným turbínam“, ktorých princíp fungovania je nasledovný. Sila vetra roztáča vrtuľu, ktorá poháňa hriadeľ motorgenerátora. Spolu s hriadeľom sa synchrónne otáča rotor motora, na ktorom sú nainštalované permanentné magnety. Magnetické pole prechádzajúce vinutím statora v ňom indukuje striedavý prúd v dôsledku zmeny sily magnetického toku prechádzajúceho závitmi cievok, z ktorých je vinutie zostavené. Striedavé elektrické napätie sa privádza do elektronického obvodu, kde sa mení na jednosmerné napätie. Množstvo zariadení a zariadení, ktoré to potrebujú, pracuje z jednosmerného prúdu.

Každý môže vyrobiť generátor pre letné chaty alebo poľné podmienky, ktorý generuje striedavý prúd s napätím 220 V. Čím pôsobivejšie sú rozmery konštrukcie, tým väčšiu účinnosť spätného rázu dostane konkrétny používateľ. Nie je problém vyrobiť generátor, ktorý vyrobí jeden alebo niekoľko kilowattov elektriny za hodinu. Elektrina získaná z takejto inštalácie je schopná napájať takmer všetky elektrické spotrebiče v dome, vrátane záhradnej techniky.

Inštalácia vzdialene pripomína korouhvičku s vrtuľou, vďaka ktorej sa táto konštrukcia otáča tam, kde fúka vietor. Je to potrebné na maximalizáciu jeho sily a rýchlosti.

Horizontálna vrtuľa sa otáča pomocou drieku umiestneného v zadnej časti jednotky. Vertikálna stopka nie je potrebná - jej listy sú umiestnené tak, že samotná vrtuľa sa spustí takmer o pol otáčky, bez ohľadu na to, z ktorej strany vietor fúka.

Aby veterná turbína pracovala s maximálnou účinnosťou, je potrebná rýchlosť 3000 otáčok za minútu alebo viac. Pre generátory vyrábajúce striedavý prúd táto frekvencia zodpovedá hodnote 50 hertzov, ktorá je typická pre domáce priemyselné elektrárne. Po roztočení motorgenerátora s hmotnosťou cca 10 kg nie je problém dostať každú hodinu 2 kW.

Hlavným prvkom každého modelu veternej farmy je motorgenerátor. Funguje ako motor – jednosmerný alebo striedavý prúd roztáča rotor (a s ním aj hriadeľ). Je možné pracovať aj opačne - ako generátor.

Medzi motormi používanými ako generátory sú kartáčované, bezkomutátorové asynchrónne a krokové motory. Práve tieto tri typy motorov sú obľúbené u amatérov, ktorí zostavujú veterné turbíny vlastnými rukami.

V kolektorovom motore sú vinutia rotora (kotvy) umiestnené v konštantnom magnetickom poli statorových magnetov. Konštantné napätie odstránené zo svoriek takéhoto motora, keď je jeho hriadeľ s kotvou skrútený, sa prenáša z kontaktov kotvy s prúdom cez kefy. Samotné kefy sú slabým miestom takéhoto motora - rýchlo vyčerpávajú svoje zdroje. Spravidla je takýto generátor pod stálym zaťažením, keď sa kotva pohybuje, kefy iskrou. Niekoľko dní nepretržitej prevádzky takejto inštalácie môže úplne opotrebovať kefy, v dôsledku čoho bude potrebné ich vymeniť.

Najlepšou možnosťou je bezkomutátorový motor. V ňom sa v priestore medzi statorovými vinutiami otáča rotor s magnetmi. Samotné vinutia zostávajú nehybné, nepotrebujú posuvné kontakty. Vďaka takémuto jednoduchému riešeniu môže inštalácia fungovať desiatky rokov - dôležité je iba raz za sezónu alebo každých šesť mesiacov premazať ložiská motora, ktoré sú zodpovedné za dokonalé otáčanie rotora bez vôle. Populárne riešenia na báze bezkomutátorového motora – asynchrónneho alebo krokového – má k dispozícii takmer každý domáci „kutil“.

Asynchrónny motor sa používa v elektrickom náradí - napríklad v brúske. Stepper možno nájsť v širokej škále zariadení - od motorového kolesa bicykla až po mechanický pohon tlačiarne alebo diskovú mechaniku.

Motor s premenlivou kefou používaný v rotačných kladivách, brúskach, skrutkovačoch, priamočiarych pílach a elektrických hoblíkoch stojí mimo. Ich nevýhodou je nutnosť odmontovať kefky a vývrt rotora pre neodymové magnety. V dôsledku toho zostáva z aktívnych vinutí iba vinutie statora - vinutie rotora je úplne odstránené.

Veterný generátor vyrobený z ventilátora bude vyžadovať otvor rotora pre neodymové magnety. Konštrukcia motora ventilátora pre domácnosť nie je navrhnutá tak, aby prijímala elektrický prúd otáčaním rotora. Počítačový chladič (chladič čipov) - ventilátor systémovej jednotky počítača alebo notebooku - spadá pod rovnakú zmenu.

Traktorový alebo automobilový generátor využíva prídavné poľné vinutie, ktoré je napájané z batérie samotného stroja. Aby generátor vyrábal napríklad striedavý prúd 135 ampérov s napätím 15 voltov, budiace vinutie rotora po zapnutí zapaľovania spotrebuje jednosmerný prúd 3 ampéry s napätím 12,6-14 V. Hlavným zdrojom energie pre generátor je stále kľukový hriadeľ spaľovacieho motora na benzín, naftu alebo metán/propán. Traktorový alebo automobilový generátor bude vyžadovať odstránenie vinutia poľa a namiesto toho inštaláciu neodýmových magnetov.

Najbežnejšou možnosťou je použitie motora práčky pre domáci generátor. Ak stará „práčka“ nie je k dispozícii, takýto motor nájdete v obchodoch s nepotrebnými tovarmi na trhu s domácnosťami, v najbližšom servisnom stredisku pre domáce spotrebiče alebo v špecializovanom obchode. Takýto motor nie je problém objednať z Číny.

Nové aj použité budú fungovať dlho. 200 wattov výkonu možno ľahko premeniť na kilowatty alebo viac.

Na zostavenie generátora potrebujete okrem motora:

• neodýmové magnety vo veľkostiach 20, 10 a 5 mm (spolu 32);
• usmerňovacie diódy alebo diódový mostík s prúdom desiatok ampérov (dodržujte pravidlo dvojnásobnej výkonovej rezervy);
• epoxidové lepidlo;
• zváranie za studena;
• brúsny papier;
• cín zo strany plechovky.

Magnety sa objednávajú online z Číny.

Nasledujúce nástroje urýchlia výrobný proces:

• sústruh;
• nožnice;
• skrutkovač s dýzami;
• kliešte.

Generátor ako zariadenie generuje striedavý prúd, ktorý je potrebné premeniť na jednosmerný prúd, privedený na požadovanú hodnotu napätia. Ak motor-generátor produkuje povedzme 40 voltov, potom je nepravdepodobné, že by to bola vhodná hodnota pre väčšinu spotrebnej elektroniky používajúcej 5 alebo 12 voltov jednosmerného prúdu alebo 127/220 voltov striedavého prúdu.

Schéma celej inštalácie, overená časom a miliónmi užívateľov, obsahuje usmerňovač, ovládač, batériu a menič. Ako vyrovnávacie úložisko uloženej energie slúži autobatéria s kapacitou 55-300 ampérhodín. Jeho prevádzkové napätie je 10,9-14,4 V s cyklickým nabíjaním (úplný cyklus nabitia-vybitia) a 12,6-13,65 s vyrovnávacou pamäťou (porciovaná, dávkovaná, keď potrebujete dobiť čiastočne vybitú batériu).

Regulátor premieňa napríklad tých istých 40 voltov na 15. Jeho účinnosť vo volt-prúde sa pohybuje od 80-95% - bez strát na usmerňovači.

Najväčšiu účinnosť má trojfázový generátor. - jeho výkon je o 50% vyšší ako u jednofázového, počas prevádzky nevibruje (vibrácie uvoľňujú konštrukciu, čím sú krátkodobé).

Cievky vo vinutí každej z fáz sa navzájom striedajú a sú zapojené do série – podobne ako póly magnetov, pričom jedna zo strán smeruje k cievkam.

Moderné domáce spotrebiče a elektronika sú schopné prevádzky od 110 voltov (americký štandard pre domáce siete) do 250 - viac sa neodporúča dávať sieťovým spotrebičom a zariadeniam. Všetky meniče sú impulzné, v porovnaní s lineárnymi sú ich tepelné straty oveľa menšie.

Ak chcete upraviť konštrukciu indukčného motora, postupujte takto.

1. Demontujte motor a vyberte rotor.
2. Odstráňte platne z kotvy rotora. Orežte ich do hĺbky 2 mm.
3. Vytvorte drážky hlboké až 5 mm - pre magnety.
4. Označte pásik pocínovaného plechu pre magnety. Mali by byť od seba rovnako vzdialené - zabráni sa tým zbytočnej strate výkonu inštalácie.
5. Pripevnite ich k tomuto pásu cínu pomocou superlepidla. Pás pripevnite magnetmi na kotvu.
6. Priestor medzi magnetmi vyplňte studeným zváraním alebo epoxidovým lepidlom.
7. Odstráňte otrepy a nerovnosti na rotore brúsnym papierom.
8. Skontrolujte a v prípade potreby vymeňte ložiská a skrutky motora.

Zostavte motorgenerátor. Zariadenie je pripravené na ďalšiu inštaláciu. Ak chcete zariadenie skontrolovať, upnite jeho hriadeľ do skľučovadla vŕtačky alebo skrutkovača a zrýchlite na 1000 ot./min.

Pri nižšej hodnote chyba spočíva v nerovnomernom striedaní magnetov v ktoromkoľvek bode kruhu otáčania kotvy.

Ak chcete zostaviť veternú turbínu, postupujte takto.

1. Z PVC rúrky s priemerom 11-16 cm vystrihnite rovnaké kusy, ktoré svojou dĺžkou zodpovedajú budúcim čepeliam.
2. Na každý segment nakreslite ľubovoľnú čiaru a ustúpte od nej na oboch stranách o 22 mm. Podľa toho šírka jednej čepele dosiahne 44 mm. Opakujte túto akciu pre opačný koniec riadku.
3. Priamo spojte krajné body na jednej strane stredovej čiary.
4. Nakreslite na druhú stranu obrysy budúcej čepele.
5. Vzniknutú čepeľ vystrihnite a jej voľný koniec zaoblete nabrúsením. Opakujte vyššie uvedené kroky pre zvyšok čepelí.
6. Pripevnite čepele k náboju pomocou adaptéra na puzdro. Ako upevňovacie prvky sú vhodné skrutky s maticami a pružnými podložkami. Šírka každej čepele po celej jej dĺžke sa pohybuje od 44 do 88 mm.

To stačí na to, aby vietor roztočil obežné koleso rýchlosťou 3 m / s. Výsledná konštrukcia musí byť vyvážená – správne vyváženie zabráni vzniku slepých miest, ktoré spomaľujú generátor pri otáčaní vrtule.

Motor-generátor s inštalovaným obežným kolesom je možné umiestniť do ochranného puzdra, ktoré ho chráni pred atmosférickými zrážkami. Generátor zostane v suchu za všetkých poveternostných podmienok, chránený pred dažďom a snehom, vydrží roky. Pri montáži ochranného krytu postupujte takto:

1. v potrubí s priemerom 7,5 cm vyrežte pozdĺžnu drážku o šírke 2 cm;
2. odrežte zadný koniec odrezanej rúry pod uhlom 45 stupňov;
3. umiestnite motorgenerátor s vrtuľou do tejto trubice a pripevnite ju k nej.

Voľné otáčanie motora bude vyžadovať otočný kĺb s guľôčkovým ložiskom, podobný tomu, ktorý sa nachádza v domácom ventilátore. Môže sa nekonečne otáčať na obe strany.

Aby sa kábel, pomocou ktorého sa odvádzajú prúdy indukované vo vinutí statora, nenavíjal a nekrútil, musí byť spojenie v závese posuvné, ale musí poskytovať spoľahlivý a stabilný elektrický kontakt motorgenerátora s ďalej umiestnené funkčné celky okruhu.

Použitie kontaktu kefa-grafit je neopodstatnené - grafit má elektrický odpor rádovo vyšší ako hliník a oceľ a výkon inštalácie sa výrazne zníži. Záves sa inštaluje na základňu vyrobenú z kusu tvarovej rúry. Po zložení skontrolujú, či sa výsledný otočný mechanizmus nezasekáva, nekrúti a či nie je lanko rozstrapkané.

Na dodatočnom vonkajšom plášti motora je pri zaistení klzného kontaktu a voľného otáčania zariadenia v smere vetra pripevnená stopka, vyrobená napríklad z plastovej vodovodnej rúrky a kusu plastového plechu alebo hliníka.

Ako podpera sa používa okrúhla alebo profilová rúra, ktorej jeden koniec je zabetónovaný v zemi - nie menej ako meter. Aby sa podpora v priebehu času z hurikánu nehýbala, je doplnená tromi alebo šiestimi striami, ktoré sa zbiehajú v strede pod rovnakým uhlom a smerujú rôznymi smermi.

Po dokončení montáže motorgenerátorovej časti sa v prípade potreby namontuje vedľa motora diódový usmerňovač. Prúdové straty vo vodičoch je možné výrazne znížiť použitím zvyšovacieho transformátora umiestneného v blízkosti generátorovej sústavy - ako pri vedeniach, ktoré prenášajú priemyselnú elektrinu na veľké vzdialenosti.

Regulátor nabíjania, batéria a menič sú ďalej zahrnuté podľa schémy. Veterná turbína je kompletne zmontovaná a pripravená na prevádzku.

Domáci veterný mlyn pre súkromný dom vytvára konštantné alebo striedavé napätie niekoľkých desiatok voltov, čo predstavuje zvýšené nebezpečenstvo pre človeka. Prúdové kontakty a vodiče musia byť spoľahlivo izolované – dažďová voda je okyslené prostredie, ktoré dobre vedie elektrický prúd.

Veterná energia je nestála. Najlepším riešením by bol nízkorýchlostný generátor s viac ako tuctom magnetov a cievok. Čím viac cievok, tým hrubší by mal byť drôt vinutia. Príliš tenká sekcia v dôsledku celkového odporu desiatok ohmov niekoľkonásobne zníži užitočný výkon generátora. Pre vážne zaťaženie - napríklad z elektrického sporáka alebo práčky - pri 220 voltoch, prúd až 10 A.

Konštrukcia domáceho generátora - pokiaľ sa na výrobu elektriny nepoužíva prerobený motor - musí byť dokonale plochá a symetrická. Pred inštaláciou cievok a magnetov je potrebné vycentrovať samotný "spinner". Nezáleží na tom, čo sa použije - vyradené CD alebo podomácky vyrobená miniatúrna kópia veterného mlyna, najmenšia nerovnováha je už neprijateľná.

Pokúste sa dosiahnuť minimálny hluk - v ideálnom prípade by mal chýbať. Ak je vaša inštalácia, ktorá nie je namazaná v mieste ložísk, reklamovaná z dôvodu neustáleho škrípania a klepania pri otáčaní, môže takáto reklamácia viesť k problémom so zákonom, najmä v noci. Ostatné dôvody, prečo vás vyhlásiť za vlastníka veternej turbíny, sú bezvýznamné – veterné turbíny sú úplne legálne, keďže vlastník tohto zariadenia s ním nevyrába elektrinu v priemyselnom meradle, ako sa to robí v Európe a Amerike.

Inštalácia by nemala byť príliš vysoká - nad stĺpmi, pozdĺž ktorých prechádzajú elektrické vedenia. V každom meste, letnej chatovej osade alebo vidieckej osade existuje obmedzenie výšky stavaných štruktúr.

Správnym a mimoriadne zodpovedným prístupom k riešeniu problému s elektrickou energiou pomocou veterného generátora sa spotrebiteľ zbaví prestojov spojených s výpadkami elektriny. Vždy je lepšie pracovať proaktívne – v rámci zákona – ako čakať roky na to, čo úrady sľubujú.

Ako vyrobiť veterný generátor vlastnými rukami, pozri nižšie.