Ветрогенератор своими руками

Человек применяет ветер уже пара тысяч лет. Наверняка, это началось с изобретения паруса. Пара позднее ветер стали использовать для привода ветряных мельниц, а с прошлого века — для выработки электричества. Получение энергии от ветросиловых установок есть очень заманчивой, но и сверхсложной технической задачей.

На данный момент имеется пара вариантов технических конструкций, прекрасно зарекомендовавших себя на практике.

Ветер — поток воздушных весов над земной поверхностью. Он появляется из-за неравномерного нагрева данной поверхности солнечными лучами. Воздушное пространство из областей повышенного давления перемещается в направлении областей низкого давления.

На скорость ветра воздействуют темперамент земной поверхности, протяжённость воздушного потока над данной поверхностью и разные природные и неестественные препятствия, такие как бугры, высокие деревья, строения. Среднегодовая скорость ветра для конкретной местности характеризует энергетический ветровой потенциал района. Эту скорость определяет среднеарифметическое значение скоростей за периоды, к примеру, за месяц, год и сезон.

Российская Федерация располагает большими ветровыми ресурсами. Особенно они громадны по всему морскому побережью и на территории юга нашей страны (рис. 1). Регионы со среднегодовой скоростью ветра 3,5-6 м/с и выше считаются в полной мере перспективными для постройки ветроэлектрических установок (ВЭУ).

В случае если выяснится, что в месте предполагаемой установки нет достаточно сильных ветров, то и не будет никакого смысла в её сооружении.

Второй вопрос — как замечательным сделать ветрогенератор. Разумеется, что все энергетические неприятности только с его помощью решить не удастся. Скорость ветра изменчива не только в зависимости от сезона, но и от времени дней, исходя из этого энергию нужно запасать и аккуратно её расходовать.

А оптимальнее применять разные источники совместно, к примеру, солнечные батареи и ветряк (рис. 2).

Действительно, многие самодельщики готовы собирать ветровую установку кроме того лишь чтобы заряжать аккумуляторная батареи собственного карманного гаджета. Это не составит большого труда хобби.

Но вот в случае если на ке по большому счету нет перспективы и электроэнергии её в том направлении совершить совсем нереальны, то постройка ветряка окажется нужной.

Несложные расчёты окажут помощь выяснить настоящие возможности установки. Существует показатель, что разрешит оценить, какую часть энергии воздушного потока возможно применять посредством ветроколеса. Его именуют коэффициентом применения энергии ветра (Е).

Коэффициент применения энергии ветра Е зависит от типа ветродвигателя, качества его других параметров и изготовления. Лучшие быстроходные ветродвигатели с обтекаемыми аэродинамическими лопастями имеют значение Е = 0,43-0,47. Это указывает, что ветроколесо таковой ВЭУ может полезно применять 43-47% энергии воздушного потока.

Большое теоретически вычисленное значение Е = 0,593, но на практике взять его нереально.

Мощность ветроколеса на валу без учёта утрат в подшипниках и передачах возможно подсчитать по формуле:

р — массовая плотность воздуха, равная при обычных условиях 0,125 кг*с2/м4,
V — скорость ветра (м/с),
Р — ометаемая ветроколесом поверхность (м2),

Е — коэффициент применения энергии ветра.

Вычислить площадь, ометаемую воздушным колесом, возможно по формуле:

Для обычных условий (температура — 15°С и давление — 760 мм рт.ст.) мощность возможно вычислить по упрощённым формулам в лошадиных силах и в киловаттах:

D — диаметр ветроколеса (м).

Сделать ветряк малого диаметра, стабильно действующий при малых ветрах, — непростая задача. Воздушный винт приобретает 75% энергии с кольцевой области ометания от 0,5 до 1,0 радиуса. Вследствие этого мельчайший диаметр пропеллера, удачного с позиций применения ветра со скоростью 4 м/с, должен быть не меньше 4,5 м. Для малых ветров предпочтительнее оказываются тихоходные многолопастные винты.

Для ветроэлектростанции используют генераторы переменного либо постоянного тока.

В самодельных ВЭУ частенько применяют генератор от современного автомобиля. Не обращая внимания на то что они производят переменный ток, любой из них не весьма подходит для данной цели, поскольку требует высоких оборотов и подмаг-ничивания обмотки возбуждения. А генераторы постоянного тока по большому счету не хорошо действующий при медленном вращении а также на номинальных оборотах имеют маленькую мощность (100-200 Вт).

Значительно отличных показателей возможно взять посредством переделанного асинхронного электродвигателя, снабдив его ротор постоянными магнитами. Эти двигатели не имеют никакой обмотки в роторе, а лишь железные пластины. В случае если к ротору прикрепить постоянные магниты, то окажется трёхфазный генератор страно прочной и долговечной конструкции, талантливый отдавать токи в десятки ампер при низких скоростях вращения. Но при высоких оборотах из-за громадного тока начинают греться обмотки статора.

При таких условиях провод этих обмоток лучше заменить на другой — с громадным сечением.

В трёхфазном генераторе переменного тока имеются 3 обмотки, соединить каковые возможно по схеме «треугольник» либо «звезда». Треугольное соединение дает возможность приобрести громадный ток при меньшем напряжении, чем у соединения в звезду. Звезда напротив даёт большее напряжение при меньшем токе. Трёхфазные генераторы намного действеннее однофазных и генераторов постоянного тока.

Это доказал ещё Никола Тесла.

Любой ветроагрегат требует защиты от шквальных порывов ветра. Вместо сложной совокупности поворота лопастей всё чаще применяют механизм разворота всего колеса под углом к воздушному потоку.

Преобразование переменного тока в постоянный (что нужен для зарядки аккумуляторная батарей) легко произвести посредством полупроводниковых диодов, включённых по мостовой схеме (см. рис.

3). В случае если же вам потребуется напряжение стандартной электросети 220 В частотой 50 Гц, то в качестве инвертора применяйте простой компьютерный блок бесперебойного питания. Новый блок стоит дорого, но потому, что нам потребуется только повышающий инвертор, то возможно применять и списанный.

Достаточно к нему вместо внутреннего подсоединить аккумулятор ветряка. Мощности UPS 1000 либо UPS 5000 будет более, чем достаточно.

Крепление лопастей к втулке разрешает перемещением их балансировать ветровое колесо в сборе.

Примером несложной, но в полной мере работоспособной ВЭУ может служить конструкция французского умельца (фото 1).

Его шестилопастное ветряное колесо, лопасти которого хомутами прикреплены к железным пруткам (фото 2), соединённым электросваркой с неспециализированной втулкой (рис. 4), насаживается на ось электрогенератора.

Рис. 4. Втулка ветрового колеса.

Аэродинамический руль устанавливает колесо строго к ветровому потоку.

Для автоматической ориентации лопастей на ветер помогает аэродинамический руль, прикреплённый к поворотной трубе силового узла установки (фото 3). Подшипники поворотного устройства снабжают поворот ветроколеса с генератором на опорной мачте при трансформации направления ветра.

Лопасти и аэродинамический руль выпилены из фанеры толщиной 10 мм. Консоль кронштейна крепления пера руля при порывистом ветре испытывает громадные нагрузки, и потому её изготовили из заготовки толщиной в 15 мм.

руль и Готовые лопасти мы видим на фото 4. Выкройки этих подробностей представлены на рис. 5-8. Не смотря на то, что лопасти и имеют плоский профиль, но их кромки должны быть обработаны в соответствии с картинками.

Фото 6.Доработка ротора асинхронного электромотора дает возможность приобрести действенный генератор переменного тока для ветроустановки.

Фото 7.Переделать ротор возможно двумя методами.

Первый — это наклеить магниты на механически обработанный ротор двигателя. И второй метод — из металлической ленты по древесной оправке сделать новый ротор, на что так же наклеить магниты.

Фото 8Катушки полюсов статора лучше сходу перемотать проводом большего сечения.

Ветровое колесо имеет 6 лопастей. Но всего их было произведено 9. Три маленьких лопасти нужны для замены трёх полноразмерных лопастей на время сезона сильных ветров (фото 5).

Балансировку ветрового колеса возможно произвести перемещением лопастей по пруткам от втулки либо ближе к ней.

Пожалуй, самой трудоёмкой будет переделка асинхронного электродвигателя в трёхфазный генератор. Двигатель мощностью 150 Вт и выше, рассчитанный на работу от сети 220 В при частоте 50-60 Гц, по окончании переделки сможет в качестве генератора ветроустановки отдавать в нагрузку ток до десятка ампер при напряжении не ниже 12 В.

Основной переделке в будущем генераторе подвергается ротор. По окончании разборки электромотора тело ротора протачивают и фрезеровкой пазов разделяют на пара сегментов.

В нашем случае их шесть. На каждом сегменте размещены постоянные магниты (см. рис. 9). Их прикрепляют по 6 шт. на любой полюс ротора (всего их 36) прочным эпоксидным клеем (фото 6). Количество полюсов магнитов на роторе не должно быть кратным количеству катушек на статоре.

Это исключит тяжёлый пуск ветроколеса из-за «залипання» магнитов ротора на статорных полюсах.

Имеется и второй метод переделки ротора — это сделать из металлической полосы нужного диаметра цилиндр (по древесной оправке) и на него наклеить магниты (фото 7).

Собирать обмотки полюсов статора при работе генератора на зарядку аккумулятора лучше в треугольник, а при прямой нагрузке громадным током — в звезду. Катушки статора в любом случае лучше перемотать проводом большего сечения (фото 8).

Это уменьшит утраты на нагрев.

Ветроэлектрические установки, трудящиеся параллельно с другими установками, применяющими возобновляемые источники энергии (солнечные батареи, гидрогенераторы, тепловые насосы и пр.), в полной мере смогут обеспечить энергоснабжение жилого дома либо маленького хозяйства. При наличии резерва в виде электроагрегата с бензодвигателем временное понижение другой энергии возможно компенсировано в любую секунду. Подобные системы приносят громадную экономию энергии, приобретаемой от классических источников.

Борис ГЕОРГИЕВ, Москва …