Přestavba autogenerátoru na domácí větrnou turbínu s permanentními magnety

Ve většině ruských regionů vám stav zdrojů větrné energie umožňuje vytvořit větrnou turbínu z generátoru automobilu pro soukromý venkovský dům. Takovou konstrukci lze vyrobit tak, aby vyhovovala specifickým provozním podmínkám, čímž je vyřešena otázka napájení. Domácí větrné turbíny pomáhají ušetřit nějaké peníze. Větrný generátor vytvořený vlastními rukama z automobilového generátoru je mnohem levnější než jeho továrně vyrobené analogy.

Přípravná fáze

Než začnete vytvářet větrnou turbínu, musíte připravit a sestavit všechny součásti budoucí konstrukce. Příprava začíná výběrem autogenerátoru. Musí mít zvýšený výkon, takže by se nejlépe hodila jednotka z náklaďáku nebo autobusu. Doporučuje se odebírat všechny ostatní součásti ze stejného stroje, aby nedošlo k narušení kompletní sady. Především se to týká baterie, relé a dalších částí.

Vzhledem k tomu, že spotřebitelé musí být zásobováni střídavým proudem, je nutné se předem postarat o nákup střídače nebo jiného měniče. Výkon střídače musí odpovídat výkonu budoucího větrného generátoru.

K výrobě větrného generátoru budete potřebovat:

• Generátor
• Akumulátorová baterie
• Relé nabíjení baterie
• Voltmetr
• Materiál pro výrobu čepelí
• Kompletní šrouby s maticemi a podložkami
• Svorky pro upevnění

V závislosti na jednotlivých konstrukčních prvcích mohou být vyžadovány další díly. Dále, před výrobou větrné turbíny vlastníma rukama z automobilového generátoru, je nutné provést výpočty, které využívají výkon generátoru a invertoru, kapacitu baterie a další parametry, včetně počtu spotřebitelů v domě. Výpočet výkonu by měl být proveden v závislosti na tlaku větru a oblasti lopatek, které jsou ovlivněny větrem. Instalace zpravidla začíná pracovat při rychlosti větru 2 m/sa maximální účinnost nastává při 10-12 m/s.

Viz také:
Zařízení magnetického motoru

Ze všech navrhovaných vzorců se doporučuje použít ten nejjednodušší. Pro určení výkonu instalace je třeba plochu šroubu vynásobit faktorem 0,6. Výsledná hodnota se opět vynásobí rychlostí větru zvednutou na třetí mocninu. Konečný výsledek je porovnán s potenciálními potřebami. Pokud je výkon dostatečný, můžete začít s instalací jednotky. Pokud nejsou uspokojeny potřeby, je v tomto případě možné použít několik větrných generátorů s nízkým výkonem nebo hybridní instalaci, která zahrnuje solární panely.

Ve většině soukromých domů je průměrná měsíční spotřeba elektřiny 360 kW, s průměrnou zátěží 0,5 kW a špičkovou zátěží 5 kW. Bude tedy zapotřebí větrný generátor o výkonu 5 kW, schopný zvládnout stávající zátěž. Pokud spotřeba překročí normovanou hodnotu nebo je trvale slabý vítr, nebude jednotka za těchto podmínek schopna normálně fungovat.

Základní strukturální prvky

Navzdory široké škále větrných generátorů a výrobních metod se všechny skládají ze stejných konstrukčních prvků.

Větrné kolo

Lopatky jsou považovány za jeden z nejdůležitějších prvků větrné turbíny. Jejich konstrukce ovlivňuje činnost ostatních součástí generátoru. K výrobě čepelí se používají různé materiály.

Před výrobou je nutné vypočítat délku čepele. Pokud se k výrobě používá trubka, její průměr by měl být alespoň 20 cm s plánovanou délkou čepele 1 metr. Dále je trubka rozřezána na 4 části pomocí skládačky. Z jedné části se vyrábí šablona, ​​ze které se vyříznou zbývající čepele. Poté jsou sestaveny na společném disku a celá konstrukce je připevněna k hřídeli generátoru. Sestavené větrné kolo musí být vyvážené. Vyvažování by mělo být prováděno uvnitř, chráněno před větrem. Pokud je operace provedena správně, kolo se nebude samovolně otáčet. V případě samovolného otáčení lopatek se ostří, dokud se celá struktura nedostane do rovnováhy. Na samém konci se kontroluje přesnost otáčení čepele. Musí se otáčet ve stejné rovině, bez jakéhokoli zkreslení. Přípustná chyba je 2 mm.

Stožár

Dalším prvkem konstrukce větrného generátoru je stožár. Nejčastěji se vyrábí ze staré vodovodní trubky, jejíž průměr by neměl být 15 cm a délka by měla být až 7 metrů. Pokud se v okruhu 30 metrů od plánovaného místa instalace nacházejí nějaké stavby nebo budovy, je v tomto případě výška stožáru zvýšena.

Aby celá instalace fungovala co nejefektivněji, zdvihá se kolo s lopatkami nad okolní překážky minimálně o 1 metr. Po instalaci se základna stožáru a kolíky pro upevnění kotevních lan zalijí betonem. Jako napínače se doporučuje použít pozinkovaný kabel o průměru 6 mm.

Generátor

Pro větrnou turbínu lze použít jakýkoli autogenerátor, nejlépe s vyšším výkonem. Všechny mají stejnou konstrukci a vyžadují přepracování. Tento typ přestavby automobilového generátoru pro větrnou turbínu zahrnuje převinutí vodiče statoru a výrobu rotoru pomocí neodymových magnetů. Pro jejich bezpečné upevnění je nutné vyvrtat otvory v pólech rotoru. Instalace magnetů se provádí se střídavými póly. Samotný rotor je zabalen do papíru a všechny dutiny vytvořené mezi magnety jsou vyplněny epoxidovou pryskyřicí.

Při lepení magnetů je třeba dodržet jejich polaritu. Proto je rotor připojen ke zdroji energie. Zapnutý rotor vytváří magnetické pole a každý magnet je přilepen na místo přitahovanou stranou.

Pro připojení rotoru můžete použít jakýkoli napájecí zdroj s napětím 12 voltů a proudem 1 až 3 ampéry. Spojení je provedeno tak, že odnímatelný kroužek umístěný blíže k tesákům je mínus a kladná strana je umístěna blíže ke konci rotoru. Magnety instalované v mezerách rotoru nebo tesáků způsobují samobuzení generátoru, což je považováno za jejich hlavní funkci.

Na samém začátku rotace rotoru začnou magnety budit proud v generátoru, který také proudí do cívky, což vede ke zvýšení magnetických polí tesáků. Výsledkem je, že generátor produkuje ještě větší proud. Druh proudové cirkulace se získá, když je generátor vybuzen a poté je napájen jeho vlastní rotor, na kterém jsou instalovány elektromagnetické póly. Sestavený generátor je nutné otestovat a změřit získaná výstupní data. Pokud jednotka produkuje přibližně 300 voltů při 30 otáčkách za minutu, je to považováno za normální výsledek.

Dokončení montáže větrné turbíny

Rám generátoru je vyroben z profilové trubky a zadní část je vyrobena z pozinkovaného plechu. Konstrukce otočné osy je tvořena trubkou se dvěma ložisky. Generátor je připevněn ke stožáru tak, aby vzdálenost od stožáru k lopatkám byla minimálně 25 cm. Aby byla zajištěna bezpečná montáž a instalace, všechny práce by měly být prováděny za bezvětrného počasí. Silný vítr může ohnout nože a způsobit jejich zlomení o stožár.

Pokud plánujete používat baterie k napájení spotřebitelů pracujících ze sítě 220 V, pak v tomto případě budete muset nainstalovat střídač, který převádí napětí. Kapacita baterie se volí v závislosti na technických vlastnostech generátoru. Tento ukazatel je ovlivněn rychlostí větru v dané oblasti, celkovým výkonem připojených spotřebičů a četností jejich využívání.

Aby se předešlo selhání baterií v důsledku přebíjení, je nutné použít regulátor napětí, který může být domácí nebo tovární. Dokončený větrný generátor musí být pravidelně servisován a naplánován pro včasnou údržbu.

Princip činnosti a schéma zapojení generátoru střídavého proudu

Generátor větru vlastním rukama

Základem pro experimenty byl generátor 12V, 95A. Abych se zbavil budícího vinutí a doprovodných kartáčků a elektronického řídicího obvodu, zkusil jsem nahradit vinutí permanentními magnety. Vyndal vinutí a vložil 3 kusy na jeho místo uvnitř „krabů“. prstencový feromagnet o rozměrech 85*35*15mm z reproduktorů. „Krabi“ začali dobře přitahovat kusy železa. Když jsem ale vše nasadil na původní ocelovou hřídel, přitažlivost zmizela. Ukázalo se, že hřídel protáhla magnetické silové vedení skrz sebe.

Musel jsem obracečce objednat novou hřídel z nemagnetického materiálu. Byl nalezen kus titanové tyče, ze které byla opracována hřídel. Rotor fungoval jak měl. Ale při 600 otáčkách za minutu generátor produkoval pouze 4V bez zátěže. Musel jsem předat stator k převinutí. Zvýšil jsem počet závitů 5krát (ze 7 na 35 na cívku), odpovídajícím způsobem jsem zmenšil průměr drátu. Generátor již při stejných volnoběžných otáčkách vyráběl napětí 20V. Nabito elektrickou žárovkou ze světlometu auta (60 svíček). Voltmetr ukazoval 12V a ampérmetr 5A.
Zdálo se mi, že je to málo – z 1,3kilowattového generátoru jsem dostal jen 60 wattů!? Pak jsem si ale uvědomil, že 600 otáček za minutu jsou samozřejmě příliš nízké otáčky na srovnání s generátorem do auta. Výkon roste úměrně s otáčkami. Stačí nabít olověný akumulátor. Pro zvýšení rychlosti potřebujete převodovku.
Brzy se mi podařilo zakoupit 50 kusů neodymových magnetů o rozměrech 20*5*12mm. a rozhodl jsem se vyrobit nový rotor.
K tomu jsem nasbíral šrot hliníku (staré písty ze spalovacích motorů), vyrobil ocelový hrnek s uchem, ve kterém jsem roztavil šrot hliníku. Z výsledného polotovaru soustružník soustružil základnu rotoru, která byla nasazena na starou hřídel z prvního rotoru. Na jedné straně byl ponechán korálek o šířce 8 mm, zbytek hliníku byl odstraněn řezačkou do hloubky magnetů a ocelového obvazového kroužku (5+5 mm).
Bandáž byla vyrobena z kusu vhodné ocelové trubky o průměru 100 mm a umístěna na základnu, dokud se nezastavila na straně. Na vrchu strany jsem udělal označení, tzn. 12 sektorů. Magnety jsem nalepil na ocelový pásek podle značek, nejprve rychlým lepidlem jako „Second“, se střídáním jejich polarity. Poté jsem magnety omotal voskovým papírem a zpevnil je nahoře páskou, aby páska držela na boku. Připravil jsem si epoxidové lepidlo, nasadil rotor „na pažbu“ a opatrně nalil epoxid do štěrbin mezi magnety.

Když lepidlo vytvrdlo, vyvážil jsem rotor na dvou rovnoběžných ocelových pravítcích, upnutých vodorovně ve svěráku přes kus desky. Rotor na ně spočíval svou hřídelí a volně se odvaloval jako po kolejích. Nebyla patrná žádná nevyváženost.
Průměr hřídele generátoru je 20 mm. Na konci hřídele je pero a závit. Mezi vrtulí a ložiskem generátoru je dvoustupňové distanční pouzdro, vnější průměr tohoto pouzdra je maximální možný, aby byla vrtule dobře přitlačena ke svému konci. Za ložiskem uvnitř generátoru je také distanční pouzdro, které se opírá o polotovar rotoru.
Když jsem generátor sestavil, ukázalo se, že magnetické přilepení bylo velmi výrazné, bylo velmi obtížné otáčet rotorem ručně za hřídel, přestože jsem magnety lepil s mírným zkreslením.
Generátor jsem testoval na soustruhu. Výsledky byly povzbudivé. Při 125 otáčkách za minutu produkoval 15,5 V a při 630 otáčkách za minutu 85,7 V bez zátěže. Při zatížení na kusu nichromového drátu při 630 otáčkách za minutu ukazoval voltmetr 31,2 voltu a ampérmetr 13,5 ampéru. Tito. Výkon byl 421,2 wattů. Ukázalo se, že neodymové magnety jsou 7krát účinnější než feritové magnety.
Nyní jsme opět museli stator převinout s větším průměrem drátu, abychom snížili výsledné napětí. Abych snížil magnetické lepení mezi rotorem a statorem, rozhodl jsem se vytřídit desky statoru. Práce je velmi pečlivá. Bruskou jsem odstranil švy, nožem a kladivem oddělil talíř po talíři.

Na ploché kovadlině jsem je vyrovnal lehkými údery gumového kladiva. Když byly desky nařezány, objednal jsem obraceče, aby se otočilo zařízení pro jejich montáž. Zařízení se skládá z válce o průměru rovném vnitřnímu průměru desek. Ve spodní části je přivařena příruba pro podepření desek. Druhá příruba se volně posouvá po válci. V přírubách byly vyvrtány dva protilehlé otvory o průměru 6 mm pro vodicí tyče. Po vložení tyčí o průměru 5 mm do otvorů přírub jsem začal sestavovat desky na zařízení a nasazovat je na válec tak, aby tyče šly dovnitř protilehlých drážek. Po montáži jsem tyče nakláněl různými směry, dokud se nezastavily, postupně jsem desky stlačoval čtyřmi svorkami a drážky se staly šikmými. Nesouosost byla 13 mm s výškou nastavené desky 36 mm. Šířka drážky uvnitř se ukázala být 5mm (podle průměru tyčí).

Po konečném zalisování svorkami jsem švy obnovil pomocí svařovacího poloautomatu. Použil jsem jehlové pilníky na zpracování všech otřepů na tyčích, zvláště pečlivě jsem zpracoval vnitřní povrchy drážek – nakonec se ukázalo, že stěny mají římsy. Stator jsem předal k vinutí. Ukázalo se, že 15 závitů na cívku s drátem o průměru 1,35 mm.
Nadšeně jsem sestavoval generátor. Zkusil jsem otočit hřídel ručně – a byl jsem naštvaný. Lepení zůstává, i když je méně. Tolik práce, ale málo využití!
Při převíjení statoru byla vrtule snýtována. Ze stejné duralové trubky o délce 3 m jsem uřízl 1 čepele. Šířka je 120 mm na začátku, 50 mm na konci. Náboj byl vyroben ve formě třívrstvého třírohého sendviče. Uvnitř je ocelový kotouč o průměru 100 mm a tloušťce 2,5 mm, stejně jako tloušťka těla lopatek, nahoře a dole jsou masivní křidélka vyřezaná z ocelového plechu tloušťky 2 mm. a vyboulen na trnu z ocelové trubky o průměru 220 mm. Vyvrtané otvory pro nýty. Potom mezi spodní a horní kyvné čepele vložil čepele, upravil jejich konce tak, aby tvořily rovnostranný trojúhelník, provrtal tělo čepelí a snýtoval je k sobě. Vyvažování jsem provedl zavěšením vrtule na závit skrz střed. http://www.thebackshed.com/Windmill/Articles/DonBrown1.asp Přebytečnou váhu jsem odstranil bruskou a smirkovým papírem na suchý zip, obroušením nožů.
Z ocelového úhelníku jsem svařil rám pro montáž generátoru a přivařil k němu ocasní nápravu.
Na tělo generátoru jsem připevnil tlapky, kterými je připevněn k rámu. Udělal jsem ocas dlouhý 1,5m, ocasní jednotka měří 60*40cm.
Snýtoval jsem spinner (kabel) z milimetrového hliníku a vyřízl štítovou stříšku na generátor.
Na vrchol stožáru jsem připevnil otočnou sestavu, kterou jsem vyrobil před pár lety. Ukázalo se, že je univerzální a spolehlivý, na dvou radiálních a jednom nosném ložisku. tyto dva šrouby M8 jsou krátké, mírně vyčnívají uvnitř skla pod spodním ložiskem, aby sklo držely. Mezi horní a spodní ložisko je vloženo distanční pouzdro, které je zajištěno stejnými šrouby k centrální trubce. K centrální trubce je přivařena příruba. Sám jsem navrhl konstrukci rotační jednotky, měl ložiska, udělal výkresy a odnesl to k soustružníku. Trochu to upravil k lepšímu, vytočil, svářeč to navařil, kde bylo potřeba, dopadlo to docela dobře.

Rám jsem přišrouboval k otočné jednotce, natáhl redukční lanko – dva lankové měděné izolované vodiče o průřezu 10 mm2, přišrouboval generátor a stínění k rámu, vrtuli ke generátoru a spinner k vrtuli.
Stěžeň jsem s tímto materiálem stáhl do svislé polohy. Průměr lanka na navijáku je 6,5 mm. Zkontroloval jsem siloměrem sílu, kterou lanko zažívá na začátku zvedání stěžně, tato síla je 450 kg. To vydrží.
Začne fungovat při provozním větru (není čím měřit rychlost), ale když začne fungovat, ampérmetr okamžitě stoupne na 3-4 ampéry.
Při silném větru funguje ochrana ocasu spolehlivě, proud dosahuje 20-25 ampér, napětí na svorkách je 16-18 voltů. Při zavřených oknech je hluk vrtule neslyšitelný. Při otevření se při aktivaci ochrany ozve mírný hluk a pískání.
V silném větru je slyšet dunění, jako by někde daleko jel traktor. Nemohl jsem hned pochopit, odkud se ten řev bere, ale když jsem s velmi ostrým poryvem větru slyšel, jak lopatky krátce škrábou podél stěžně v souladu s řevem, uvědomil jsem si: V nepracovní poloze vzdálenost konců lopatek od stěžně je pouze 10-12 cm. Myslel jsem, že to bude stačit, protože odstředivá síla nedovolí, aby se lopatky prohýbaly. Ale když jsem začal pozorovat ze strany, viděl jsem, že konce lopatek se přibližují ke stěžni v závislosti na síle větru na vzdálenost až 2-3 cm. Když konec čepele přejde v malé vzdálenosti od stěžně a vysokou lineární rychlostí, objeví se zvuk jako klapání a tyto klapání splývají v rachot.

Shrnutí:

Hrát si s generátorem v mém regionu je ztráta času. Pokud nezískáte zkušenosti v různých odvětvích. Při slabém větru pouze vrtí ocasem – drží magnetickou hůl. Ale já chci mít nízké proudy a v duši je to zábavnější, když se vrtule točí a nestojí tam jako přivařená.
Ale když to běží na 600 otáček za minutu s průměrem vrtule 2,2 m, je děsivé chodit poblíž (naděje na ochranu. ). Při nízkých otáčkách je výstup nízký. A s multiplikátorem to pravděpodobně nezačne samo.
Do předělání generátoru bylo vloženo mnoho práce, času a trpělivosti, ale spokojenost nepanuje. Ale jak se říká, negativní výsledek je také výsledkem.
Nyní jsem začal stavět seriózní domácí generátor. Koupil jsem 2 brzdové kotouče od Volga GAZ-3110 o průměru 280 mm, čep a náboj. Na výrobu statoru jsem vyndal kus sklolaminátu 30*30*1cm. Ale o tom až příště.