Мій саморобний вітрогенератор на кроковому двигуні. Як зібрати вітрогенератор із трьох жорстких дисків та однієї помпи від пральної машини Генератор із магнітів від вінчестера

Обов'язково сподобається цей матеріал, оскільки ми розглянемо спосіб отримання нескладного генератора зі старого CD/DVD приводу комп'ютера.

Насамперед пропонуємо ознайомитися з авторським відеороликом

Розглянемо, що нам знадобиться:
- Старий CD/DVD привід;
- кусачки;
- паяльник;
- будь-який пластмасовий корпус;
- Проводи;
- шестигранник;
- Шайба.

За словами автора саморобного генератора, Ідея цілком ефективна, оскільки співвідношення передавального числа оборотів на моторчик, який надає руху шестерні, що висуває лоток для диска досить велике. Тим самим можливо, що при невеликих оборотах тієї ж шестерні вийдуть непогані обороти на електродвигуні, і ми зможемо отримати генератор. Вийде задумане чи ні, ми дізнаємось наприкінці огляду, а тепер приступимо до роботи.

Спочатку потрібно відпаяти плату, на якій кріпиться моторчик.

Далі відрізаємо частину пластмасового корпусу приводу, на якій тримається моторчик, а також потрібна нам шестерня. Пізніше від цієї шестерні ми виведемо ручку, щоб можна було її крутити та генерувати електрику.

Беремо перший провід і припаюємо його до одного з контактів двигуна.

Другий провід припаюємо до другого контакту.

Для тестування генератора автор ідеї використовує UBS входи, які встановлені у пластмасовому корпусі. Тому він приклеює шмат приводу з моторчиком і шестернею в цей корпус, використовуючи клейовий пістолет.

Для виготовлення ручки знадобиться шестигранник та шайба. Ці частини слід прикріпити між собою. Автор робить це шляхом паяння.

Припаюємо дроти до контактів USB роз'ємів.

На другій половині пластмасового корпусу потрібно зробити отвір під виступ шестерні.

Нарешті приклеюємо саморобну ручкудо виступу шестерні. Наш генератор готовий.

Є спосіб одержувати електроенергію абсолютно безкоштовно. Достатньо зробити та встановити на своїй ділянці вітрогенератор. Традиційні джерела електрики на сьогоднішній день такий замінити не зможе, проте кілька приємних відсотків гордої незалежності домогосподарству додасть. Найголовніше - «зготувати» повноцінний генератор можна буквально з будь-якого старого мотлоху і сміття.

Нам знадобиться

Насамперед потрібно роздобути помпу від автоматичної пральної машини. Вона використовується для відкачування води з барабана в каналізацію і стоїть у самому низу. Також знадобиться чотири несправні жорсткі диски, довга жердина для установки конструкції, численні болти, гайки, шайби. Зрештою, потрібні дроти.

Для чого потрібна помпа

Помпа буде використовуватися як той самий генератор, який вироблятиме електроенергію. Складається помпа з рухомого ротора на постійних магнітах та рухомого статора з П-подібним магнітопроводом, а також котушки, що кріпиться до цієї конструкції. Ротор можна легко витягти. Завдяки згаданим постійним магнітамз такого насоса і виходить відмінний генератор, здатний дати напругу до 250 В.

Процес виготовлення генератора

Кріпити помпу найкраще за допомогою хомута, який найпростіше зробити зі сталевих куточків. Швидше за все їх доведеться обрізати відповідним чином. У магнітопроводі насоса можна сміливо робити додатковий отвір для надійнішої фіксації. Ось загалом і все, що потрібно зробити на цьому етапі.

Процес виготовлення лопатей та їх кріплення

Лопаті для вітрогенератора можна зробити з труби ПВХ. Для цього слід розрізати її на три однакові частини вздовж. З таких заготовок потім можна зробити більш витончені елементи. У місцях кріплення лопатей не забуваємо виконати відповідні отвори для подальшого кріплення. Також необхідно виготовити з подібного матеріалу хвостову лопату, яка спрямовуватиме генератор.

Фіксуватимемо лопаті на двох дисках від HDD. Вся складність цього етапу робіт полягає в тому, щоб зробити отвори в дисках у відповідних місцях, а потім прикрутити до них лопаті за допомогою заготовлених болтів та шайб.

Поворотний вузол

Маленька, але дуже важлива деталь. Для виготовлення поворотного кута можна використовувати двигун від жорсткого диска. У ньому дуже хороші підшипники, а тому цей елемент ідеально впорається з поставленим завданням. Саме на цей елемент одягатиметься диск із генератором.

Загальне складання

Тепер залишається лише зібрати вітряний генератор, прикріпити дроти до нашої жердині, встановити на нього поворотний елемент, а також підняти і поставити «млин» у відповідному місці. Після завершення робіт правильно провести невеликі випробування. Максимальні 250 У вітрогенератор звичайно не дасть, але результат роботи все одно буде приємним! Детальний процесскладання можна побачити у відеоматеріалі нижче.

Хочеться ще більше цікавих та корисних пораддля дачної ділянкина майбутній сезон? Як щодо того, щоб з'ясувати ще й перетворити її на корисну для господарства штуку.

Проїжджаючи на велосипеді повз дачних ділянок, я побачив працюючий вітрогенератор:

Великі лопаті повільно, але правильно оберталися, флюгер орієнтував пристрій у напрямку вітру.
Мені захотілося реалізувати подібну конструкцію, нехай і не здатну виробляти потужність, достатню для забезпечення "серйозних" споживачів, але все-таки працюючу і, наприклад, акумулятори, що заряджають або живить світлодіоди.

Крокові двигуни

Одним з найбільш ефективних варіантівневеликого саморобного вітроелектрогенератора є використання крокового двигуна(ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) - у такому моторі обертання валу складається з невеликих кроків. Обмотки крокового двигуна поєднані у фази. При подачі струму в одну із фаз відбувається переміщення валу на один крок.
Ці двигуни є низькооборотнимита генератор з таким двигуном може бути без редуктора підключений до вітряної турбіни, двигуну Стірлінга або іншого низькооборотного джерела потужності. При використанні як генератор звичайного (колекторного) двигуна постійного струмудля досягнення таких самих результатів знадобилася б у 10-15 разів більша частота обертання.
Особливістю кроковика є досить високий момент торкання (навіть без підключеного до генератора електричного навантаження), що досягає 40 г сили на сантиметр.
Коефіцієнт корисної діїгенератора із ШД досягає 40 %.

Для перевірки працездатності крокового двигуна можна підключити, наприклад червоний світлодіод. Обертаючи вал двигуна, можна спостерігати свічення світлодіода. Полярність підключення світлодіода немає значення, оскільки двигун виробляє змінний струм.

Кладезем таких потужних двигунів є п'ятидюймові дисководи гнучких дисків, а також старі принтери і сканери.

Двигун 1

Наприклад, я маю ШД зі старого 5.25″ дисководу, який працював ще у складі ZX Spectrum- сумісного комп'ютера "Байт".
Такий дисковод містить дві обмотки, від кінців і середини яких зроблено висновки - разом із двигуна виведено шістьпроводів:

перша обмотка (англ. coil 1) – синій (англ. blue) та жовтий (англ. yellow);
друга обмотка (англ. coil 2) – червоний (англ. red) та білий (англ. white);
коричневі (англ. brown) дроти - висновки від середніх точок кожної обмотки (англ. center taps).

розібраний кроковий мотор

Зліва видно ротор двигуна, у якому видно " смугасті " магнітні полюси - північний і південний. Правіше видно обмотка статора, що складається з восьми котушок.
Опір половини обмотки становить ~70 Ом.

Я використав цей двигун у початковій конструкції мого вітрогенератора.

Двигун 2

Менш потужний кроковий двигун, що знаходиться в моєму розпорядженні. T1319635фірми Epoch Electronics Corp.зі сканера HP Scanjet 2400має п'ятьвисновків (уніполярний мотор):


перша обмотка (англ. coil 1) - помаранчевий (англ. orange) та чорний (англ. black);
друга обмотка (англ. coil 2) – коричневий (англ. brown) та жовтий (англ. yellow);
червоний (англ. red) Провід - з'єднані разом висновки від середньої точки кожної обмотки (англ. center taps).

Опір половини обмотки становить 58 Ом, що вказано на корпусі двигуна.

Двигун 3

У покращеному варіанті вітрогенератора я використав кроковий двигун Robotron SPA 42/100-558, Вироблений в НДР і розрахований на напругу 12 В:

Вітротурбіна

Можливі два варіанти розташування осі крильчатки (турбіни) вітрогенератора – горизонтальне та вертикальне.

Перевагою горизонтального(найпопулярнішого) розташуванняосі, що розташовується у напрямку вітру, є більш ефективне використанняЕнергія вітру, недолік - ускладнення конструкції.

Я обрав вертикальне розташуванняосі - VAWT (vertical axis wind turbine), що істотно спрощує конструкцію та не вимагає орієнтації за вітром . Такий варіант більш придатний для монтування на дах, він набагато ефективніший в умовах швидкої та частої зміни напряму вітру.

Я використовував тип вітротурбіни, званий вітротурбіна Савоніуса (англ. Savonius wind turbine). Вона була винайдена у 1922 році Сігурдом Йоханнесом Савоніусом (Sigurd Johannes Savonius) з Фінляндії.

Сігурд Йоханнес Савоніус

Робота вітротурбіни Савоніуса полягає в тому, що опір (англ. drag) набігає потоку повітря - вітру увігнутої поверхні циліндра (лопаті) більше, ніж опуклою.

Коефіцієнти аеродинамічного опору (англ. drag coefficients) $C_D$

двомірні тіла:
увігнута половина циліндра (1) - 2,30
опукла половина циліндра (2) - 1,20
плоска квадратна пластина - 1,17
тривимірні тіла:
увігнута порожня напівсфера (3) - 1,42
опукла порожня напівсфера (4) - 0,38
сфера – 0,5
Зазначені значення наведено для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) у діапазоні $10^4 - 10^6$. Число Рейнольдса характеризує поведінку тіла у середовищі.

Сила опору тіла повітряному потоку $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, де $\rho$ - щільність повітря, $v$ - швидкість повітряного потоку, $S$ - площа перетину тіла.

Така вітротурбіна обертається в той самий бік, незалежно від напрямку вітру:

Подібний принцип роботи використовується у чашковому анемометрі (англ. cup anemometer)- прилад для вимірювання швидкості вітру:

Такий анемометр був винайдений в 1846 ірландським астрономом Джоном Томасом Ромні Робінсоном ( John Thomas Romney Robinson):

Робінсон вважав, що чашки в його чотиричашковому анемометрі переміщуються зі швидкістю, що дорівнює одній третині швидкості вітру. Насправді це значення коливається від двох до трохи більше трьох.

В даний час для вимірювання швидкості вітру використовуються тричашкові анемометри, розроблені канадським метеорологом Джоном Паттерсоном. John Patterson) у 1926 році:

Генератори на колекторних двигунах постійного струму з вертикальною мікротурбіною продаються на eBayза ціною близько $5:

Така турбіна містить чотири лопаті, розташовані вздовж двох перпендикулярних осей, з діаметром крильчатки 100 мм, висотою лопаті 60 мм, довжиною хорди 30 мм та висотою сегмента 11 мм. Крильчатка насаджена на вал колекторного мікродвигуна постійного струму з маркуванням JQ24-125H670. Номінальна напруга живлення такого двигуна становить 3...12 В.
Енергії, що виробляється таким генератором, вистачає для світіння "білого" світлодіода.

Швидкість обертання вітротурбіни Савоніуса не може перевищувати швидкість вітру , але при цьому така конструкція характеризується високим крутним моментом (англ. torque).

Ефективність вітротурбіни можна оцінити, порівнявши потужність, що виробляється вітрогенератором, з потужністю, укладеною у вітрі, що обдує турбіну:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$ , де $\rho$ - щільність повітря (близько 1,225 кг/м 3 на рівні моря), $S$ - площу турбіни (англ. swept area), $ v $ - швидкість вітру.

Моя вітротурбіна

Варіант 1

Спочатку в крильчатці мого генератора використано чотири лопаті у вигляді сегментів (половинок) циліндрів, вирізаних з пластикових труб:


Розміри сегментів -
довжина сегмента – 14 см;
висота сегмента – 2 см;
довжина хорди сегмента – 4 см;

Я встановив зібрану конструкцію на досить високій (6 м 70 см) дерев'яній щоглі з бруса, прикріплену шурупами до металевого каркасу:

Варіант 2

Недоліком генератора була досить висока швидкістьвітру, потрібна для розкручування лопатей. Для збільшення площі поверхні я використовував лопаті, вирізані з пластикових пляшок :

Розміри сегментів -
довжина сегмента – 18 см;
висота сегмента – 5 см;
довжина хорди сегмента – 7 см;
відстань від початку сегмента до центру осі обертання – 3 см.

Варіант 3

Проблемою виявилася міцність утримувачів лопатей. Спочатку я використав перфоровані алюмінієві планки від радянського дитячого конструкторазавтовшки 1 мм. Через кілька діб експлуатації сильні пориви вітру призвели до зламу планок (1). Після цієї невдачі я вирішив вирізати тримачі лопатей з фольгованого текстоліту (2) товщиною 1,8 мм.

Міцність текстоліту на вигин перпендикулярно до пластини становить 204 МПа і порівняємо з міцністю на вигин алюмінію - 275 МПа. Але модуль пружності алюмінію $E$ (70000 МПа) набагато більше, ніж текстоліт (10000 МПа), тобто. тексоліт набагато еластичніший за алюміній. Це, на мою думку, з урахуванням більшої товщини текстолітових власників забезпечить набагато більшу надійність кріплення лопатей вітрогенератора.
Вітрогенератор змонтований на щоглі:

Досвідчена експлуатація нового варіанта вітрогенератора показала його надійність навіть за сильних поривів вітру.

Недоліком турбіни Савоніуса є невисока ефективність - тільки близько 15% енергії вітру перетворюється на енергію обертання валу (це набагато менше, ніж може бути досягнуто з вітротурбіною Дар'ї(англ. Darrieus wind turbine)), що використовує підйомну силу (англ. lift). Цей вид вітротурбіни був винайдений французьким авіаконструктором Жоржем Дар'є (Georges Jean Marie Darrieus) -патент США від 1931 року № 1,835,018 .

Жорж Дар'ї

Недоліком турбіни Дар'ї є те, що у неї дуже поганий самозапуск (для вироблення моменту, що крутить, від вітру турбіни вже повинна бути розкручена).

Перетворення електроенергії, що виробляється кроковим двигуном

Висновки крокового двигуна можуть бути підключені до двох мостових випрямлячів, зібраних з діодів Шоттки зниження падіння напруги на діодах.
Можна застосувати популярні діоди Шоттки 1N5817з максимальною зворотною напругою 20 В, 1N5819- 40 В та максимальним прямим середнім випрямленим струмом 1 А. Я з'єднав виходи випрямлячів послідовно з метою збільшення вихідної напруги.
Також можна використовувати два випрямлячі із середньою точкою. Такий випрямляч вимагає вдвічі менше діодів, але при цьому і вихідна напруга знижується вдвічі.
Потім пульсуюча напруга згладжується за допомогою ємнісного фільтра - конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для захисту від підвищеної напруги генерується паралельно конденсатору включений стабілітрон на 25 В.


схема мого вітрогенератора


електронний блок мого вітрогенератора

Застосування вітрогенератора

Напруга, що виробляється вітрогенератором, залежить від величини і сталості швидкості вітру.

При вітрі, що колишає тонкі гілки дерев, напруга досягає 2 ... 3 ст.

При вітрі, що колишає товсті гілки дерев, напруга досягає 4...5 В (при сильних поривах - до 7 В).

ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО JOULE THIEF

Згладжена напруга з конденсатора вітрогенератора може подаватися на низьковольтний DC-DCперетворювач

Значення опору резистора Rпідбирається експериментально (залежно від типу транзистора) - доцільно використовувати змінний резистор на 4,7 кім і поступово зменшувати його опір, домагаючись стабільної роботи перетворювача.
Я зібрав такий перетворювач на базі германієвого pnp-транзистора ГТ308В ( VT) та імпульсного трансформатора МІТ-4В (котушка L1- висновки 2-3, L2- висновки 5-6):

ЗОРЯД ІОНІСТОРІВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ)

Іоністор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) являє собою гібрид конденсатора та хімічного джереластруму.
Іоністор - неполярнийелемент, але один із висновків може бути позначений "стрілкою" - для позначення полярності залишкової напруги після заряджання на заводі-виробнику.
Для початкових досліджень я використав іоністор ємністю 0,22 Ф на напругу 5,5 В (діаметр 11,5 мм, висота 3,5 мм):

Я підключив його через діод до виходу через германієвий діод Д310.

Для обмеження максимальної напруги зарядки іоністора можна використовувати стабілітрон або ланцюжок світлодіодів - я використовую ланцюжок з двохчервоних світлодіодів:

Для запобігання розряду вже зарядженого іоністора через обмежувальні світлодіоди HL1і HL2я додав ще один діод - VD2.

Далі буде

У цій статті розглянемо модель потужного генератораз магнітів, що здатний виробляти електрику потужністю 300 Вт. Каркас зібраний з алюмінієвих плит завтовшки 10 мм. Генератор складається з трьох основних частин: корпус, ротор, статор. Основне призначення корпусу – фіксація ротора та статора у строго визначеному положенні. Ротор, що обертається, не повинен зачіпати магнітами котушки статора. Дюралевий корпус зібраний із 4 частин. Кутове компонування забезпечує просту та жорстку конструкцію. Корпус виготовлений на верстаті з ЧПУ. У цьому і плюс і недолік розробки, тому що для якісного повтору моделі потрібно знайти спеціалістів та верстат з ЧПУ. Діаметр дисків складає 100 мм.

Можна взяти готовий електрогенератор в інтернет-магазині.

Ротор електрогенератора І. Білицького

Роторявляє собою залізну вісь. На ній закріплено 2 залізні дискиіз розташованими на них неодимовими магнітами. Між дисками на осі напресовано залізну втулку. Її довжина залежить від товщини статора. Її призначення – забезпечити мінімальний зазор між магнітами, що обертаються, і котушками статора. У кожному диску по 12 неодимових магнітів діаметром 15 та товщиною 5 мм. Для них зроблено на диску посадкові місця.

Їх потрібно приклеїти епоксидною смолоюабо іншим клеєм. При цьому необхідно суворо дотриматися полярності. У зібраному стані магніти повинні розташовуватися так, щоб навпроти кожного був інший з протилежного диска. При цьому полюси мають бути різні назустріч один одному. Як пише сам автор розробки (Ігор Білецький): “Правильно буде саме різними полюсами, щоб силові лініївиходили з одного входили до іншого, однозначно S = N.” Придбати неодимові магніти можна у китайському інтернет-магазині.

Пристрій статора

Як основа використана листовий текстоліттовщиною 12 м. У листі виконані отвори для котушок та втулки ротора. Зовнішній діаметрзалізних котушок, які встановлюються у ці отвори – 25 мм. Внутрішній діаметр дорівнює діаметрумагнітів (15 мм). Котушки виконують 2 завдання: функцію магнітопровідного сердечника і завдання зниження залипання при переході від однієї котушки до іншої.

Котушки робляться з ізольованого дротузавтовшки 0,5 мм. Намотуються 130 витків на кожну котушку. Напрямок намотування у всіх однаковий.

При створенні потужного генератора потрібно знати, що чим вище обороти, які можна забезпечити, тим вище буде вихідна напруга і струм пристрою для безкоштовної енергії.