Правильний вибір генератора для вітряка. Як зібрати вітряний генератор своїми руками для дому Вітряк із генератора своїми руками

Важко не помітити, наскільки стабільність постачання електроенергії заміським об'єктам відрізняється від забезпечення міських будівель та підприємств електроенергією. Визнайтеся, що ви як власник приватного будинку або дачі не раз стикалися з перебоями, пов'язаними з ними незручностями та псуванням техніки.

Перелічені негативні ситуації разом із наслідками перестануть ускладнювати життя любителів природних просторів. Причому з мінімальними трудовими та фінансовими витратами. Для цього потрібно лише зробити вітряний генератор електроенергії, про що ми детально розповідаємо в статті.

Тут докладно описані варіанти виготовлення корисної у господарстві системи, що позбавляє енергетичної залежності. До того ж вітрогенератор, своїми руками споруджений згідно з нашими порадами, допоможе суттєво скоротити щоденні витрати.

• Законність установки вітрогенератора
• Принцип роботи вітряної установки
• Класифікація видів генераторів енергії
• Вітроелектрична установка роторного типу
  • Стартовий етап виготовлення установки
  • Переваги та недоліки роторної моделі вітряка
• Аксіальна ВЕУ на неодимових магнітах
  • Розподіл та закріплення магнітів
  • Генератори однофазного та трифазного виду
  • Правила намотування котушки
  • Остаточне складання пристрою
• Висновки та корисне відео на тему

Законність установки вітрогенератора

Альтернативні джерела енергії – мрія будь-якого дачника чи домовласника, ділянка якого знаходиться далеко від центральних мереж. Втім, отримуючи рахунки за електроенергію, витрачену в міській квартирі, і дивлячись на збільшені тарифи, ми усвідомимо, що вітрогенератор, створений для побутових потреб, нам не завадив би.

Прочитавши цю статтю, можливо, ви втілите свою мрію у реальність.

Вітрогенератор відмінне рішеннязадля забезпечення заміського об'єкта електроенергією. Причому в ряді випадків його встановлення є єдиним можливим виходом

Щоб не витратити даремно гроші, сили та час, давайте визначимося: чи є якісь зовнішні обставини, які створять нам перешкоди у процесі експлуатації вітрогенератора?

Для забезпечення електроенергією дачі або невеликого котеджу достатньо малої вітроенергетичної установки потужністю якої не перевищить 1 кВт. Подібні пристрої в Росії прирівнюються до побутових товарів. Їх встановлення не вимагає сертифікатів, дозволів або будь-яких додаткових погоджень.

Для того, щоб визначитися з доцільністю пристрою вітрогенератора, необхідно з'ясувати вітроенергетичний потенціал конкретної місцевості (натисніть для збільшення)

Жодного оподаткування виробництва електроенергії, яка витрачається на забезпечення власних побутових потреб, не передбачено. Тому малопотужний вітряк можна сміливо встановлювати, виробляти за його допомогою безкоштовну електроенергію, не сплачуючи при цьому державі жодних податків.

Втім, про всяк випадок слід поцікавитися, чи немає місцевих нормативних актів, що стосуються індивідуального енергопостачання, які могли б створити перешкоди в установці та експлуатації цього пристрою.

Вітрогенератори, які здатні задовольнити більшість потреб середнього фермерського господарства, не можуть викликати нарікань навіть з боку сусідів

Претензії можуть виникнути у ваших сусідів, якщо вони відчуватимуть незручності, пов'язані з експлуатацією вітряка. Не забувайте, що наші права закінчуються там, де починаються права інших людей.

Тому при покупці або самостійному виготовленні вітрогенератора для дому потрібно звернути серйозну увагу на такі параметри:

• Висота щогли.При складанні вітрогенератора потрібно враховувати обмеження на висоту індивідуальних будівель, що існують у низці країн світу, а також місцезнаходження власної ділянки. Знайте, що поблизу мостів, аеропортів та тунелів будівлі, висота яких перевищує 15 метрів, заборонені.
• Шум від коробки передач і ножів. Параметри генерованого шуму можна встановити за допомогою спеціального приладу, а потім задокументуйте результати вимірювань. Важливо, щоб вони не перевищували встановлених норм шуму.
• Ефірні перешкоди.В ідеалі при створенні вітряка слід передбачити захист від телевізійних перешкод там, де ваш пристрій може викликати такі неприємності.
• Претензії щодо екологічних послуг.Ця організація може заборонити вам експлуатувати установку лише в тому випадку, якщо вона заважає міграції перелітних птахів. Але це малоймовірно.

При самостійному створенні та монтажі пристрою вчіть ці моменти, а при покупці готового виробу зверніть увагу на параметри, які стоять у паспорті. Краще заздалегідь убезпечить себе, аніж згодом засмучуватися.

Галерея зображень

Доцільність влаштування вітряка обґрунтовується в першу чергу досить високим та стабільним вітряним натиском у місцевості

Необхідно мати досить велику ділянку, корисна площа якої не буде істотно скорочена через установку системи

Через шум вітру, що супроводжує роботу вітряка, бажано, щоб між житлом сусідів і установкою було не менше 200 м

Переконливо аргументує на користь пристрою вітрогенератора вартість електроенергії, що неухильно підвищується.

Влаштування вітрогенератора можливе тільки в місцевостях, влада яких не перешкоджає, а краще ще й заохочує використання зелених видів енергії.

Якщо в регіоні споруди міні електростанції, що переробляє енергію вітру, трапляються часті перебої, установка мінімізує незручності

Власник системи має бути готовим до того, що вкладені в готовий вирібкошти не окупляться відразу. Економічний ефект може стати відчутним через 10-15 років.

Якщо окупність системи - не останній момент, варто задуматися про спорудження міні електростанції власноруч.

Принцип дії вітродвигуна

Вітрогенератор або вітроелектрична установка (ВЕУ) – це пристрій, який використовується для перетворення кінетичної енергії потоку вітру в механічну енергію. Отримана механічна енергія обертає ротор і перетворюється на необхідний електричний вигляд.

До складу ВЕУ входять:

• лопаті, що утворюють пропелер,
• обертовий ротор турбіни,
• вісь генератора і сам генератор,
• інвертор, який перетворює змінний струм на постійний, що використовується для зарядки батарей,
• акумулятор.

Суть вітрогенераторів проста. У процесі обертання ротора утворюється трифазний змінний струм, який проходить через контролер і заряджає акумуляторну батарею постійного струму. Далі інвертор перетворює струм, щоб його можна було споживати, живлячи освітлення, радіо, телевізор, мікрохвильову піч і так далі.

Детальний пристрій вітрогенератора з горизонтальною віссю обертання дозволяє добре уявити, які елементи сприяють перетворенню кінетичної енергії на механічну, а потім на електричну.

Ця схема роботи вітроустановки дозволяє зрозуміти, що відбувається з електроенергією, виконаною роботою вітрогенератора: частина її акумулюється, а інша - споживається

В цілому, принцип роботи вітрогенератора будь-якого типу та конструкції полягає в наступному: у процесі обертання виникає три види силового впливу на лопаті: гальмуючий, імпульсний і підйомний. Дві останні сили долають гальмівну силу і рухають маховик. На нерухомій частині генератора ротор формує магнітне поле, щоб електричний струмпішов проводами.

Галерея зображень

Для виробництва вітряного генератора енергії підійде двигун від непотрібної побутової техніки. Чим більше вольт припадає на один оборот, тим ефективніше працюватиме система

До ротора двигуна приєднується втулка, на якій фіксуються лопаті пристрою. Лобовий вузол краще закрити захисним кожухом

Лобову частину з мотором та лопатями необхідно врівноважити з хвостовою частиною. Плечо хвоста з труби або рейки має бути довшим, на його краї закріплюється хвостовик будь-якої форми.

У щогли, що утримує вітряк, повинні бути щонайменше три опори, споруду потрібно підключити до контуру заземлення та влаштувати блискавковідведення

Класифікація видів генераторів енергії

Існує кілька ознак, якими класифікують вітроелектричні установки.

Отже, вітряки розрізняються за:

• числу лопатей у пропелері;
• матеріалам виготовлення лопатей;
• розташування осі обертання щодо поверхні землі;
• крокової ознаки гвинта.

Зустрічаються моделі з однією, двома, трьома лопатями та багатолопатевими.

Вироби з більшим числомлопатей починають своє обертання навіть за невеликого вітру. Зазвичай їх використовують у таких роботах, коли сам процес обертання важливіше отриманняелектроенергії. Наприклад, для вилучення води з глибоких колодязних свердловин.

Виявляється, лопаті вітрогенератора можна робити не тільки з твердих матеріалів, але і з доступної за ціною тканини.

Лопаті можуть бути вітрильними або твердими. Вітрильні вироби набагато дешевші за жорсткі, на виготовлення яких йде метал або склопластик. Але їх доводиться часто ремонтувати: вони неміцні.

Що стосується розташування осі обертання щодо земної поверхні, розрізняють вертикальні та горизонтальні моделі. І в цьому випадку кожен різновид має свої переваги: ​​вертикальні більш чуйно реагують на кожен подих вітру, зате горизонтальні потужніші.

Вітрогенератори поділяються за кроковими ознаками на моделі з фіксованим та змінним кроком.

Змінюваний крок дозволяє суттєво збільшувати швидкість обертання, але така установка відрізняється складною та масивною конструкцією. ВЕУ з фіксованим кроком простіше та надійніше.

Галерея зображень

Від значно пошкодженого автогенератора після розбирання залишився лише статор, для якого було окремо зварено корпус

Для того, щоб відновити технічні характеристикидвигуна, треба перемотати 36 котушок статора. У перемотуванні потрібно провід діаметром 0,56 мм. Витків треба зробити по 35 штук

Перед кріпленням лопат відремонтований двигун треба зібрати, покрити лаком або хоча б епоксидкою, поверхню потрібно пофарбувати.

Проводи з'єднуються за паралельною схемою, три дроти виводяться для підключення до джерела живлення

Вісь, призначена для забезпечення обертання, виконана з відведення труби 15. До осі приварені підшипники, які привалені через відрізок труби 52

У виготовленні хвоста використана оцинкована листова сталь товщиною 4 мм, загнута по краях і встановлена ​​у вибраний у рейці паз

Лопаті вирізані з полімерної каналізаційної труби, прикріплені до трикутника, що з'єднується з двигуном, шурупами.

Практично безкоштовний вітряний генератор можна зробити з непрямих деталей: двигуна від старого автомобіля та обрізка каналізаційної труби

Вітроелектрична установка роторного типу

Розберемося, як змайструвати своїми руками простий вітряк із вертикальною віссю обертання роторного типу.

Така модель цілком може забезпечити потреби в електроенергії. садового будиночка, різноманітних господарських будівель, а також підсвітити у темний час доби прибудинкову територіюта садові доріжки.

Лопаті цієї установки роторного типу з вертикальною віссю обертання явно виконані з елементів, вирізаних із металевої бочки

Наша мета – виготовлення вітряка, гранична потужність якого становитиме 1,5 кВт. Для цього нам знадобляться такі елементи та матеріали:

• автомобільний генератор на 12 V;
• гелієвий чи кислотний акумулятор на 12 V;
• напівгерметичний вимикач різновиду "кнопка" на 12 V;
• перетворювач 700 W – 1500 W та 12V – 220V;
• відро, каструля великого об'єму або інша містка ємність з нержавіючої сталі або алюмінію;
• автомобільне реле контрольної лампи заряду або заряджання акумулятора;
• автомобільний вольтметр (можна будь-який);
• болти з гайками та шайбами;
• дроти перетином 4 квадратних мм та 2,5 квадратних мм;
• два хомути для закріплення генератора на щоглі.

У процесі виконання робіт нам будуть потрібні болгарка чи ножиці по металу, будівельний олівець чи маркер, рулетка, кусачки, свердло, дриль, ключі та викрутка.

Стартовий етап виготовлення установки

Виготовлення саморобного вітряка починаємо з того, що візьмемо велику металеву ємністьциліндричної форми. Зазвичай для цього використовують стару виварку, відро або каструлю. Саме вона буде основою нашого майбутнього ВЕУ.

За допомогою рулетки та будівельного олівця (маркера) нанесемо розмітку: поділимо нашу ємність на чотири однакові частини.

Виконуючи розрізи відповідно до тих вказівок, які містяться в тексті, ні в якому разі не прорізайте метал до кінця

Метал доведеться різати. Для цього можна використати болгарку. Її не застосовують для розрізання ємності з оцинкованої сталі або забарвленої жерсті, тому що метал такого виду обов'язково перегріється.

Для таких випадків краще використовувати ножиці. Вирізаємо лопаті, але не прорізаємо їх до кінця.

Тепер, одночасно з продовженням робіт над ємністю, ми перероблятимемо шків генератора.

У днищі колишньої каструлі та в шківі потрібно намітити та просвердлити отвори для болтів. До робіт на цій стадії потрібно поставитися максимально уважно: всі отвори повинні розташовуватися симетрично, щоб під час обертання установки не виникло дисбалансу.

Так виглядають лопаті ще однієї конструкції з вертикальною віссю обертання. Кожна лопата виготовляється окремо, а потім монтується у загальний пристрій

Відгинаємо лопаті так, щоб вони не надто стирчали. Коли ми виконуємо цю частину роботи, обов'язково враховуємо, в який бік обертатиметься генератор.

Зазвичай напрям його обертання орієнтоване протягом годинної стрілки. Кут вигину лопатей впливає на площу впливу повітряних потоківі швидкість обертання пропелера.

Тепер потрібно закріпити на шківі відро із підготовленими до роботи лопатями. Встановлюємо генератор на щоглу, зафіксувавши його хомутами. Залишилося приєднати дроти та зібрати ланцюг.

Підготуйтеся записати схему з'єднання, кольори проводів та маркування контактів. Потім вона вам неодмінно знадобиться. Фіксуємо дроти на щоглі пристрою.

Для підключення акумулятора слід застосувати дроти перерізом 4 мм². Достатньо взяти відрізок завдовжки 1 метр. Цього вистачить.

А для того щоб підключити до мережі навантаження, до складу якого входять, наприклад, освітлювальні та електричні прилади, достатньо дротів із перетином 2,5 мм². Встановлюємо інвертер (перетворювач). Для цього теж буде потрібен провід 4 мм.

Переваги та недоліки роторної моделі вітряка

Якщо ви зробили все акуратно і послідовно, цей вітрогенератор буде успішно працювати. При цьому жодних проблем у його експлуатації не виникне.

Якщо використовувати перетворювач 1000 W та акумулятор 75А, ця установка забезпечить електрикою і прилади відеоспостереження, охоронну сигналізацію і навіть вуличне освітлення.

Переваги цієї моделі такі:

• економічний;
• елементи легко можна поміняти на нові чи відремонтувати;
• особливі умови для функціонування не потрібні;
• надійна в експлуатації;
• забезпечує повний акустичний комфорт.

Недоліки теж є, але їх не так вже й багато: продуктивність цього пристрою не надто висока, і у нього є значна залежність від раптових поривів вітру. Повітряні потоки можуть просто зірвати імпровізований пропелер.

Аксіальна ВЕУ на неодимових магнітах

Оскільки неодимові магніти Росії з'явилися відносно недавно, те й аксіальні вітрогенератори з беззалізними статорами почали робити недавно.

Поява магнітів викликала ажіотажний попит, але поступово ринок наситився і вартість цього товару стала знижуватися. Він став доступним для умільців, які відразу пристосували його для своїх різноманітних потреб.

Аксіальна ВЕУ на неодимових магнітах з горизонтальною віссю обертання — складніша конструкція, що вимагає не тільки вміння, а й певних знань

Якщо у вас є маточина від старого авто з гальмівними дисками, то її і візьмемо як основу майбутнього аксіального генератора.

Передбачається, що ця деталь не нова, а експлуатована. У цьому випадку її необхідно розібрати, перевірити та змастити підшипники, ретельно вичистити геть осадові нашарування та всю іржу. Готовий генератор не забудьте пофарбувати.

Ступиця з гальмівними дисками, як правило, дістається умільцям як один з вузлів старого автомобіля, що відправився в брухт, тому потребує ретельного чищення

Розподіл та закріплення магнітів

Неодимові магніти мають бути наклеєні на диски ротора. Для нашої роботи візьмемо 20 магнітів 25х8мм. Звичайно, можна використовувати й іншу кількість полюсів, але при цьому необхідно дотримуватись наступні правила: кількість магнітів і полюсів в однофазному генераторі має збігатися, але якщо йдеться про трифазну модель, то співвідношення полюсів до котушок повинно становити 2/3 або 4/3.

При розміщенні магнітів полюси чергуються. Важливо не помилитись. Якщо ви не впевнені, що розташуєте елементи правильно, зробіть шаблон-підказку або нанесіть сектори прямо на диск.

Якщо ви маєте вибір, купіть краще не круглі, а прямокутні магніти. У прямокутних моделях магнітне поле зосереджено у всій довжині, а круглих – у центрі.

У магнітів, що протистоять, повинні бути різні полюси. Ви нічого не переплутаєте, якщо за допомогою маркера помітите їх знаками мінус чи плюс. Щоб визначити полюси, візьміть магніти та піднесіть їх один до одного. Якщо поверхні притягуються, поставте на них плюс, якщо відштовхуються, позначте їх мінусами. Під час розміщення магнітів на дисках чергуйте полюси.

Магніти встановлені з дотриманням правила чергування полісів, по зовнішньому та внутрішньому периметрам розташовані бортики з пластиліну: виріб готовий до заливки епоксидною смолою.

Для надійності закріплення магніту потрібно застосовувати якісний та максимально сильний клей.

Щоб посилити надійність фіксації, можна скористатися епоксидною смолою. Її слід розвести так, як зазначено в інструкції, і залити нею диск. Смола повинна покрити диск повністю, але не стікати з нього. Запобігти ймовірності стікання можна, якщо обмотати диск скотчем або зробити по його периметру тимчасові огорожі пластилінові з полімерної смуги.

Генератори однофазного та трифазного виду

Якщо порівнювати однофазний і трифазний статори, останній виявиться краще. Однофазний генератор при навантаженні вібрує. Причиною вібрації стає різниця в амплітуді струму, що виникає через непостійну його віддачу за час. Такого недоліку трифазна модель не має. Вона відрізняється постійною потужністю через компенсуючі один одного фаз: коли в одній відбувається наростання струму, в іншій він падає.

За підсумками тестування віддача трифазної моделі майже на 50% більша, ніж аналогічний показник однофазної. Ще однією перевагою цієї моделі є те, що без зайвої вібрації підвищується акустичний комфорт при функціонуванні пристрою під навантаженням.

Тобто трифазний генератор практично не гуде в процесі його експлуатації. Коли вібрація знижується, термін служби пристрою логічно збільшується.

У боротьбі між трифазними та однофазними пристроями незмінно перемагає трифазне, тому що воно не так сильно гуде в процесі роботи і служить довше за однофазне.

Правила намотування котушки

Якщо спитати спеціаліста, то він скаже, що перед тим, як намотувати котушки, потрібно виконати ретельний розрахунок. Практик у цьому питанні покладеться на свою інтуїцію.

Ми вибрали не надто швидкісний варіант генератор. У нас процедура зарядки дванадцятивольтового акумулятора повинна початися за 100-150 оборотів за хвилину. Такі вихідні дані вимагають, щоб загальна кількість витків усіх котушок становила 1000-1200 штук. Цю цифру нам залишилося поділити між усіма котушками та визначити, скільки ж витків буде на кожній.

Вітряк на низьких оборотах може бути потужнішим, якщо збільшиться кількість полюсів. Частота коливань струму в котушках у своїй збільшиться. Якщо для намотування котушок застосовувати провід більшого перерізу, опір зменшиться, а сила струму збільшиться. Не пропустіть з уваги той факт, що більша напруга може «з'їдати» струм через опір обмотки.

Процес намотування можна полегшити і зробити ефективнішим, якщо використовувати для цієї мети спеціальний верстат.

Зовсім необов'язково такий рутинний процес, як намотування котушок робити вручну. Трохи кмітливості та відмінний верстат, який легко справляється з намотуванням, вже є.

На робочі характеристики саморобних генераторів впливають товщина і кількість магнітів, які розташовані на дисках. Сукупну підсумкову потужність можна розрахувати, якщо намотати одну котушку, а потім прокрутити її в генераторі. Майбутня потужність генератора визначається шляхом виміру напруги на конкретних оборотах без навантаження.

Наведемо приклад. При опорі 3 Ом та 200 оборотах на хвилину виходить 30 вольт. Якщо відібрати від цього результату 12 вольт напруги акумулятора, вийде 18 вольт. Ділимо цей результат на 3 Ом та отримуємо 6 ампер. Об'єм 6 ампер і відправиться на акумулятор. Звичайно, в розрахунку ми не врахували втрати у проводах і на діодному мосту: фактичний результат виявиться меншим за розрахунковий.

Зазвичай котушки роблять круглими. Але якщо їх трохи витягнути, то вийде більше міді в секторі і витки виявляться прямішими. Якщо порівнювати розмір магніту та діаметр внутрішнього отвору котушок, то вони повинні відповідати один одному або розмір магніту може бути трохи меншим.

Вже готові котушки повинні відповідати своїми розмірами магнітам: вони повинні бути трохи більшими за магніти або рівною з ними величини

Товщина статора, який ми робимо, має правильно співвідноситися із товщиною магнітів. Якщо статор зробити більше за рахунок збільшення кількості витків у котушках, міждисковий простір зросте, а магнітопотік зменшиться. Результат же може виявитися таким: утворюється така ж напруга, але, через опір котушок, що збільшився, ми отримаємо менший струм.

Для виготовлення форми статора застосовують фанеру. Втім, сектори для котушок можна розмітити на папері, використовуючи як бордюри пластилін.

Якщо поверх котушок на дно форми помістити склотканину, міцність виробу підвищиться. Перед нанесенням епоксидної смолипотрібно форму змастити вазеліном чи воском, тоді смола не прилипне до форми. Деякі використовують замість мастила скотч або плівку.

Між собою котушки закріплюються нерухомо. При цьому кінці фаз виводяться назовні. Шість виведених назовні проводів слід з'єднати зіркою чи трикутником. Обертаючи зібраний генератор рукою, роблять його тестування. Якщо напруга буде 40 V, то сила струму становитиме приблизно 10 ампер.

Остаточне складання пристрою

Довжина готової щогли має становити приблизно 6-12 метрів. За таких параметрів її основа має бути забетонованою. Сам вітряк буде закріплений на верхній частині щогли. Щоб до нього можна було дістатися у разі поломки, потрібно передбачити в основі щогли спеціальне кріплення, яке дозволить піднімати та опускати трубу, використовуючи при цьому ручну лебідку.

Високо здіймається щогла з прикріпленим до неї вітрогенератором, але завбачливий майстер зробив спеціальний пристрій, який дозволяє за необхідності опустити конструкцію на землю.

Для виготовлення гвинта можна використовувати ПВХ трубадіаметром 160 мм. Вона буде використовуватися для вирізання з поверхні двометрового гвинта, що складається з шести лопатей. Форму лопат краще розробити самостійно досвідченим шляхом. Мета – посилити момент, що крутить, при низьких оборотах.

Гвинт-пропелер слід берегти від занадто сильного вітру. Для вирішення цього завдання використовують доладний хвіст. Вироблена енергія накопичується в акумуляторах.

До уваги наших читачів ми надали два варіанти вітрогенераторів, зроблених своїми руками на 220, які користуються підвищеною увагоюне лише власників заміської нерухомості, а й простих дачників.

Обидві моделі ВЕУ ефективні по-своєму. Особливо хороші результати ці пристрої здатні продемонструвати у степовій місцевості з частими та сильними вітрами. І їх не так вже й складно зробити своїми руками.

Висновки та корисне відео на тему

У цьому відео наведено приклад ВЕУ із горизонтальною віссю обертання. Автор пристрою докладно пояснює нюанси конструкції установки, зробленої своїми руками, звертає увагу глядачів на помилки, які можуть бути допущені у процесі самостійного виготовленнявітрогенератора, дає практичні поради.

Добратися до пристрою, піднятого на пристойну висоту, не так просто. Перевстановити таке ВЕУ, швидше за все, буде проблематично. Тому доладна конструкція щогли в цьому випадку буде зовсім не зайвою.

На цьому відео представлений роторний вітряк із вертикальною віссю обертання. Ця установка розташована невисоко, виконана оригінально і відрізняється високою чутливістю: навіть незначний вітер призводить до лопаті пристрою в рух.

Якщо ви живете в місцевості, де вітри не вважаються рідкісним явищем, застосування саме цього джерела альтернативної енергії може стати для вас найефективнішим. Наведені приклади самостійного виготовлення вітряків доводять, що зробити їх своїми руками не так уже й складно. Енергія вітру – загальнодоступний та відновлюваний ресурс, який можна використовувати.

1. Основні поняття
2. Який потрібний генератор?
3. Вибір за вітром
4. Про безпеку
5. Вітер, аеродинаміка, КИЕВ
6. Чого чекати від класики?
7. Вертикалки
8. Лопатники
9. Міні та мікро
10. Вітрильники
11. Саморобний генератор
12. Висновок

Росія щодо вітроенергетичних ресурсів займає подвійне становище. З одного боку, завдяки величезній загальній площі та розмаїттю рівнинних місцевостей вітру загалом багато, і він переважно рівний. З іншого боку – наші вітри переважно низькопотенційні, повільні, див. рис. З третьої, мало обжитих місцевостях вітри буйні. Виходячи з цього, завдання завести на господарстві вітрогенератор є цілком актуальним. Але щоб вирішити – купувати достатньо дорогий пристрій, або зробити його своїми руками, потрібно добре подумати, який тип (а їх дуже багато) для якої мети вибрати.

Основні поняття

1. КИЕВ – коефіцієнт використання енергії вітру. У разі застосування для розрахунку механістичної моделі плоского вітру (див. далі) він дорівнює ККД ротора ветросилової установки (ЗСУ).
2. ККД – наскрізний ККД ЗСУ, від вітру, що набігає, до клем електрогенератора, або до кількості накачаної в бак води.
3. Мінімальна робоча швидкість вітру (МРС) – швидкість його, коли він вітряк починає давати струм у навантаження.
4. Максимально допустима швидкість вітру (МДС) – його швидкість, при якій вироблення енергії припиняється: автоматика або відключає генератор, або ставить ротор у флюгер, або складає його і ховає, або сам ротор зупиняється, або ЗСУ просто руйнується.
5. Стартова швидкість вітру (ССВ) – при такій швидкості ротор здатний провернутися без навантаження, розкрутитися і увійти в робочий режим, після чого можна включати генератор.
6. Негативна стартова швидкість (ОСС) – це означає, що ЗСУ (або ВЕУ – вітроенергетична установка, або ВЕА, вітроенергетичний агрегат) для запуску за будь-якої швидкості вітру вимагає обов'язкового розкручування від стороннього джерела енергії.
7. Стартовий (початковий) момент – здатність ротора, примусово загальмованого в потоці повітря, створювати крутний момент на валу.
8. Вітродвигун (ВД) – частина ЗСУ від ротора до валу генератора чи насоса, чи іншого споживача енергії.
9. Роторний вітрогенератор - ЗСУ, в якій енергія вітру перетворюється на момент обертання на валу відбору потужності за допомогою обертання ротора в потоці повітря.
10. Діапазон робочих швидкостей ротора – різниця між МДС та МРС під час роботи на номінальне навантаження.
11. Тихохідний вітряк - у ньому лінійна швидкість частин ротора в потоці значно не перевищує швидкість вітру або нижче її. Динамічний напір потоку безпосередньо перетворюється на тягу лопаті.
12. Швидкохідний вітряк – лінійна швидкість лопат істотно (до 20 і більше разів) вище швидкості вітру, і ротор утворює свою власну циркуляцію повітря. Цикл перетворення енергії потоку в складний тягу.

Примітки:

1. Тихохідні ЗСУ, як правило, мають КИЕВ нижче, ніж швидкохідні, але мають стартовий момент, достатній для розкручування генератора без відключення навантаження та нульову ССВ, тобто. абсолютно самозапускаються і застосовні при слабких вітрах.
2. Тихохідність та швидкохідність – поняття відносні. Побутовий вітряк на 300 об/хв може бути тихохідним, а потужні ЗСУ типу EuroWind, з яких набирають поля вітроелектростанцій, ВЕС (рис.) і ротори яких роблять близько 10 об/хв – швидкохідні, т.к. при такому їх діаметрі лінійна швидкість лопатей та їх аеродинаміка на більшій частині розмаху – цілком «літакові», див. далі.

Який потрібний генератор?

Електричний генератор для вітряка побутового призначення повинен виробляти електроенергію в широкому діапазоні швидкостей обертання і мати здатність самозапуску без автоматики та зовнішніх джерел живлення. У разі використання ЗСУ з ОСС (вітряки з розкруткою), які мають, як правило, високі КИЕВ та ККД, він повинен бути і оборотним, тобто. вміти працювати і як двигун. При потужностях до 5 кВт цій умові задовольняють електричні машини з постійними магнітами на основі ніобію (супермагнітами); на сталевих чи феритових магнітах можна розраховувати лише на 0,5-0,7 кВт.

Примітка: асинхронні генератори змінного струму або колекторні з ненамагніченим статором не годяться зовсім. При зменшенні сили вітру вони згаснуть задовго до того, як його швидкість впаде до МРС, і потім самі не запустяться.

Відмінне «серце» ЗСУ потужністю від 0,3 до 1-2 кВт виходить із автогенератора змінного струму з вбудованим випрямлячем; таких зараз більшість. По-перше, вони тримають вихідну напругу 11,6-14,7 В досить широкому діапазоні швидкостей без зовнішніх електронних стабілізаторів. По-друге, кремнієві вентилі відкриваються, коли напруга на обмотці досягне приблизно 1,4, а до цього генератор «не бачить» навантаження. Для цього генератор потрібно вже досить добре розкрутити.

У більшості випадків автогенератор можна безпосередньо, без зубчастої або ремінної передачі, з'єднати з валом швидкохідного ВД, підібравши оберти вибором кількості лопат, див. нижче. "Швидкоходки" мають малий або нульовий стартовий момент, але ротор і без відключення навантаження встигне достатньо розкрутитися, перш ніж вентилі відкриються і генератор дасть струм.

Вибір за вітром

Перш ніж вирішувати, як зробити вітрогенератор, визначимося з місцевою аерологією. У сіро-зелених(безвітряних) областях вітрової карти хоч якийсь толк буде лише від вітрильного вітродвигуна(І їх далі поговоримо). Якщо необхідно постійне енергопостачання, то доведеться додати бустер (випрямляч зі стабілізатором напруги), зарядний пристрій, потужну акумуляторну батарею, інвертор 12/24/36/48 постійки в 220/380 В 50 Гц змінного струму. Обійдеться таке господарство не менше $20.000, і зняти довготривалу потужність понад 3-4 кВт навряд чи вийде. Загалом, при непохитному прагненні альтернативної енергетики краще пошукати інше її джерело.

У жовто-зелених, слабовітряних місцях, при потребі в електриці до 2-3 кВт, самому можна взятися за тихохідний. вертикальний вітрогенератор . Їх розроблено немає числа, і є конструкції, за КИЕВ та ККД майже не поступаються «лопатеві» промислового виготовлення.

Якщо ж ВЕУ для дому передбачається купити, то краще орієнтуватися на вітряк із вітрильним ротором. Спорів і їх багато, і теоретично поки що все ясно, але працюють. У РФ «вітрили» випускають у Таганрозі на потужність 1-100 кВт.

У червоних, вітряних регіонах вибір залежить від потрібної потужності.У діапазоні 0,5-1,5 кВт виправдані саморобні вертикалки; 1,5-5 кВт – покупні вітрильники. «Вертикалка» теж може бути покупною, але обійдеться дорожче за ЗСУ горизонтальної схеми. І, нарешті, якщо потрібно вітряк потужністю 5 кВт і більше, то вибирати потрібно між горизонтальними покупними "лопатями" або "вітрильниками".

Примітка: багато виробників, особливо другого ешелону, пропонують комплекти деталей, з яких можна зібрати вітрогенератор потужністю до 10 кВт самостійно. Обійдеться такий набір на 20-50% дешевше від готового з установкою. Але перш за покупку потрібно уважно вивчити аерологію передбачуваного місця встановлення, а потім за специфікаціями підібрати відповідний типта модель.

Про безпеку

Деталі вітродвигуна побутового призначення у роботі можуть мати лінійну швидкість, що перевищує 120 і навіть 150 м/с, а шматочок будь-якого твердого матеріалувагою 20 г, що летить зі швидкістю 100 м/с, при «вдалому» попаданні вбиває здорового мужика наповал. Сталева, або з жорсткого пластику, пластина товщиною 2 мм, що рухається зі швидкістю 20 м/с, розтинає його навпіл.

Крім того, більшість вітряків потужністю понад 100 Вт досить сильно галасують. Багато хто породжує коливання тиску повітря наднизькою (менше 16 Гц) частоти – інфразвуки. Інфразвуки нечутні, але згубні здоров'ю, а поширюються дуже далеко.

Примітка: наприкінці 80-х у США був скандал – довелося закрити найбільшу на той момент у країні ВЕС. Індіанці з резервації за 200 км від поля її ЗСУ довели в суді, що різко почастішали в них після введення ЗЕЗ в експлуатацію розлади здоров'я обумовлені її інфразвуками.

Через зазначені вище причини встановлення ЗСУ допускається на відстані не менше 5 їх висот від найближчих житлових будівель. У дворах приватних домоволодінь можна встановлювати вітряки промислового виготовлення, сертифіковані відповідним чином. На дахах ставити ЗСУ взагалі не можна – при їх роботі навіть у малопотужних виникають знакозмінні механічні навантаження, здатні викликати резонанс будівельної конструкції та її руйнування.

Ідея Жуковського була така: вздовж верхньої та нижньої поверхонь крила повітря проходить різний шлях. З умови безперервності середовища (бульбашки вакууму самі по собі в повітрі не утворюються) випливає, що швидкості верхнього та нижнього потоків, що сходять із задньої кромки, повинні відрізнятися. Внаслідок нехай малої, але кінцевої в'язкості повітря там через різницю швидкостей має утворитися вихор.

Вихор обертається, а закон збереження кількості руху, настільки ж незаперечний, як закон збереження енергії, справедливий й у векторних величин, тобто. повинен враховувати напрям руху. Тому тут же, на задній кромці, повинен сформуватися вихор, що протилежно обертається, з таким же обертальним моментом. За рахунок чого? За рахунок енергії, що виробляється двигуном.

Для практики авіації це означало революцію: обравши відповідний профіль крила, можна було приєднаний вихор пустити навколо крила як циркуляції Р, що збільшує його підйомну силу. Тобто, витративши частину, а для великих швидкостей і навантажень на крило - більшу частину, потужності мотора, можна створити навколо апарату повітряний потік, що дозволяє досягти кращих льотних якостей.

Це робило авіацію авіацією, а не частиною повітроплавання: тепер літальний апарат міг сам створювати собі необхідне для польоту середовище і не бути іграшкою повітряних потоків. Потрібен тільки двигун потужніший, і ще й ще потужніший.

Знову КИЇВ

Але у вітряка двигуна немає. Він, навпаки, повинен відбирати енергію у вітру та давати її споживачам. І тут виходить – ноги витяг, хвіст ув'яз. Пустили надто мало енергії вітру на власну циркуляцію ротора – вона буде слабкою, тяга лопатей – малою, а КИЕВ та потужність – низькими. Віддамо на циркуляцію багато – ротор при слабкому вітрі буде на холостому ходікрутитись як шалений, але споживачам знову дістається мало: трохи дали навантаження, ротор загальмувався, вітер здув циркуляцію, і ротор став.

Закон збереження енергії " золоту серединудає саме посередині: 50% енергії даємо в навантаження, а на інші 50% підкручуємо потік до оптимуму. Практика підтверджує припущення: якщо ККД хорошого пропелера, що тягне, становить 75-80%, то КИЕВ так само ретельно розрахованого і продутого в аеродинамічній трубі лопатевого ротора доходить до 38-40%, тобто. до половини від того, чого можна досягти при надлишку енергії.

Сучасність

Нині аеродинаміка, озброєна сучасною математикою та комп'ютерами, дедалі більше уникає неминуче щось та спрощують моделей до точного описи поведінки реального тіла на реальному потоці. І тут, крім генеральної лінії – потужність, потужність, та ще раз потужність! - Виявляються шляхи побічні, але багатообіцяючі якраз при обмеженій кількості енергії, що надходить в систему.

Відомий авіатор-альтернативник Пол Маккріді ще у 80-х створив літак, з двома моторчиками від бензопили потужністю 16 к.с. що показав 360 км/год. Причому шасі його було триопорним, а колеса - без обтічників. Жоден з апаратів Маккріді не вийшов на лінію і не став на бойове чергування, але два – один із поршневими моторами та пропелерами, а інший реактивний – уперше в історії облетіли навколо земної кулі без посадки на одній заправці.

Вітрильників, що породили початкове крило, розвиток теорії теж торкнувся дуже суттєво. "Жива" аеродинаміка дозволила яхтам при вітрі в 8 вузл. стати на підводні крила (див. рис.); щоб розігнати таку гігант до потрібної швидкості гребним гвинтом, потрібен двигун не менше 100 к.с. Гоночні катамарани при такому вітрі ходять зі швидкістю близько 30 вузл. (55 км/год).

Є й знахідки зовсім нетривіальні. Любителі рідкісного та екстемального спорту – бейсджампінгу – одягнувши апеціальний костюм-крило, вінгсьют, літають без мотора, маневруючи, на швидкості понад 200 км/год (рис. праворуч), а потім плавно приземляються у заздалегідь обраному місці. У якій казці люди літають самі собою?

Дозволено й багато загадок природи; зокрема – політ жука. За класичною аеродинамікою він літати не здатний. Так само, як і родоначальник «стелсов» F-117 з його крилом ромбоподібного профілю теж не здатний піднятися в повітря. А МІГ-29 та Су-27, які деякий час можуть летіти хвостом уперед, і зовсім ні в які уявлення не вкладаються.

І чому тоді, займаючись вітродвигунами, не забавою і знаряддям знищення собі подібних, а джерелом життєво важливого ресурсу, потрібно танцювати неодмінно від теорії слабких потоків з її моделлю плоского вітру? Невже не знайдеться можливості рушити далі?

Чого чекати від класики?

Однак від класики відмовлятися в жодному разі не слід. Вона дає основу, не спираючись на яку не можна піднятися вище. Точно так, як теорія множин не скасовує таблицю множення, а від квантової хромодинаміки яблука з дерев нагору не відлетять.

Отже, на що можна розраховувати за класичного підходу? Подивимося на малюнок. Зліва – типи роторів; вони зображені умовно. 1 – вертикальний карусельний; 2 – вертикальний ортогональний (вітряна турбіна); 2-5 - лопатеві ротори з різною кількістю лопатей з оптимізованими профілями.

Праворуч по горизонтальній осі відкладена відносна швидкість ротора, тобто відношення лінійної швидкості лопаті до швидкості вітру. По вертикальній догори – КИЕВ. А вниз - знову ж таки відносний крутний момент. Одиничним (100%) крутним моментом вважається такий, що створює насильно загальмований у потоці ротор зі 100% КИЕВ, тобто. коли вся енергія потоку перетворюється на зусилля, що обертає.

Такий підхід дозволяє робити далекосяжні висновки. Скажімо, кількість лопатей потрібно вибирати не тільки і не стільки за бажаною швидкістю обертання: 3- і 4-лопастники відразу багато втрачають по КИЕВ і обертальний момент порівняно з 2- і 6-лопатниками, що добре працюють приблизно в тому ж діапазоні скоростей. А зовні схожі карусель і ортогонал мають принципово різні властивості.

В цілому ж перевагу слід віддавати лопатевим роторам, крім випадків, коли потрібна гранична дешевизна, простота, самозапуск без автоматики, що не обслуговується, і неможливий підйом на щоглу.

Примітка: про вітрильні ротори поговоримо особливо - вони, схоже, в класику не вкладаються.

Вертикалки

ЗСУ з вертикальною віссю обертання мають незаперечну для побуту перевагу: їх вузли, що потребують обслуговування, зосереджені внизу і не потрібне підйом нагору. Там залишається, і то не завжди, упорно-опорний самовстановлюваний підшипник, але він міцний і довговічний. Тому, проектуючи простий вітрогенератор, вибір варіантів потрібно починати з вертикалок. Основні їх типи представлені на рис.

НД

На першій позиції – найпростіший, найчастіше званий ротором Савоніуса. Насправді його винайшли в 1924 р. в СРСР Я. А. і А. А. Вороніни, а фінський промисловець Сігурд Савоніус безсовісно привласнив собі винахід, проігнорувавши радянське авторське свідоцтво, і розпочав серійний випуск. Але впровадження у долі винаходу означає дуже багато, тому ми, щоб не ворушити минуле і не турбувати порох померлих, назвемо цей вітряк ротором Вороніних-Савоніуса, або для стислості, ВС.

ВС для самороба всім хороший, крім «паровозного» КИЕВ у 10-18%. Однак у СРСР над ним працювало багато, і напрацювання є. Нижче ми розглянемо вдосконалену конструкцію, не набагато складнішу, але по КИЕВ, що дає фору лопаткам.

Примітка: дволопатевий НД не крутиться, а смикається ривками; 4-лопатевий лише трохи плавніший, але багато втрачає в КИЕВ. Для покращення 4-«коритні» найчастіше розносять на два поверхи – пару лопатей унизу, а інша пара, повернена на 90 градусів по горизонталі, над ними. КИЕВ зберігається, і бічні навантаження на механіку слабшають, але згинальні дещо зростають, і за вітру понад 25 м/с у такої ЗСУ на держаку, тобто. без розтягнутого вантами підшипника над ротором, зриває вежу.

Дар'ї

Наступний – ротор Дар'ї; КИЇВ – до 20%. Він ще простіше: лопаті – з простої пружної стрічки без жодного профілю. Теорія ротора Дар'ї ще недостатньо розроблена. Зрозуміло тільки, що починає він розкручуватися за рахунок різниці аеродинамічного опору горба та кишені стрічки, а потім стає начебто швидкохідним, утворюючи власну циркуляцію.

Обертальний момент малий, а в стартових положеннях ротора паралельно і перпендикулярно вітру взагалі відсутня, тому саморозкручування можливе тільки при непарній кількості лопатей (крил?) У будь-якому випадку на час розкручування навантаження від генератора потрібно відключати.

Є у ротора Дар'ї ще дві погані якості. По-перше, при обертанні вектор тяги лопаті описує повний оберт щодо її аеродинамічного фокусу, і не плавно, а ривками. Тому ротор Дар'ї швидко розбиває свою механіку навіть за рівного вітру.

По-друге, Дар'ї не те що галасує, а кричить і верещить, аж до того, що стрічка рветься. Відбувається це внаслідок її вібрації. І чим більше лопатей, тим сильніше ревіння. Так що Дар'ї якщо й роблять, то дволопатевими, з дорогих високоміцних звукопоглинаючих матеріалів (карбону, майлару), а для розкручування посередині щогли-древка пристосовують невеликий НД.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональний вертикальний роторз профільованими лопатями. Ортогональний тому, що крила стирчать вертикально. Перехід від ВС до ортогоналу ілюструє рис. зліва.

Кут установки лопатей щодо дотичної до кола, що стосується аеродинамічних фокусів крил, може бути як позитивним (на рис.), так і негативним, за силою вітру. Іноді лопаті роблять поворотними і ставлять на них флюгерки, які автоматично тримають «альфу», але такі конструкції часто ламаються.

Центральне тіло (блакитне на рис.) дозволяє довести КИЕВ майже до 50%. У трилопатевому ортогоналі воно повинно в розрізі мати форму трикутника зі злегка опуклими сторонами і округленими кутами, а при більшій кількості лопатей досить простого циліндра. Але теорія для ортогоналу оптимальна кількість лопатей дає однозначно: їх має бути 3.

Ортогонал належить до швидкохідних вітряків з ОСС, тобто. обов'язково вимагає розкручування при введенні в експлуатацію та після штилю. За ортогональною схемою випускаються серійні ВСУ, що не обслуговуються, потужністю до 20 кВт.

Гелікоїд

Гелікоїдний ротор, або ротор Горлова (поз. 4) - різновид ортогоналу, що забезпечує рівномірне обертання; ортогонал з прямими крилами «рве» лише трохи слабше за дволопатевий ВС. Вигин лопатей по гелікоїді дозволяє уникнути втрат КИЕВ через їхню кривизну. Хоча частина потоку крива лопать і відкидає, не використовуючи, зате й загрібає частину в зону найбільшої лінійної швидкості, компенсуючи втрати. Гелікоїди використовують рідше за інші вітряки, т.к. вони внаслідок складності виготовлення виявляються дорожчими за рівних за якістю побратимів.

Бочка-загребушка

на 5 поз. - Ротор типу ВС, оточений направляючим апаратом; його схема представлена ​​на рис. праворуч. У промисловому виконанні трапляється рідко, т.к. дороге відведення землі не компенсує приросту потужності, а матеріаломісткість і складність виробництва великі. Але саморобник, який боїться роботи – вже не майстер, а споживач, і, якщо потрібно не більше 0,5-1,5 кВт, то для нього «бочка-загребушка» ласий шматок:

• Ротор такого типу абсолютно безпечний, безшумний, не створює вібрацій і може бути встановлений будь-де, хоч на дитячому майданчику.
• Зігнути «корита» з оцинковки та зварити каркас із труб – робота нісенітна.
• Обертання – абсолютно рівномірне, деталі механіки можна взяти найдешевші або з непотребу.
• Не боїться ураганів - надто сильний вітер не може проштовхнутися в бочку; навколо неї виникає обтічний вихровий кокон (ми з цим ефектом ще зіткнемося).
• А найголовніше - оскільки поверхня «загребушки» в кілька разів більша за такий ротора всередині, КИЕВ може бути і надпоодиноким, а обертальним моментом вже при 3 м/с у «бочки» триметрового діаметру такий, що генератору на 1 кВт з граничним навантаженням, як кажуть, краще і не смикатися.

Відео: вітрогенератор Ленца

У 60-х у СРСР Є. С. Бірюков запатентував карусельну ЗСУ з КИЕВ 46%. Трохи пізніше В. Блінов досяг від конструкції на тому ж принципі КИЕВ 58%, але даних про її випробування немає. А натурні випробування ЗСУ Бірюкова було проведено співробітниками журналу «Винахідник і раціоналізатор». Двоповерховий ротор діаметром 0,75 м та висотою 2 м при свіжому вітрі розкручував на повну потужність асинхронний генератор 1,2 кВт та витримував без поломки 30 м/с. Креслення ВСУ Бірюкова наведено на рис.

1. ротор з покрівельної оцинковки;
2. самовстановлюваний дворядний кульковий підшипник;
3. ванти - 5 мм сталевий трос;
4. вісь-древко – сталева трубаіз товщиною стінок 1,5-2,5 мм;
5. важелі аеродинамічного регулятора обертів;
6. лопаті регулятора оборотів - 3-4 мм фанера або листовий пластик;
7. тяги регулятора оборотів;
8. вантаж регулятора оборотів, його вага визначає частоту обертання;
9. ведучий шків - велосипедне колесо без шини з камерою;
10. підп'ятник - упорно-опорний підшипник;
11. ведений шків - штатний шків генератора;
12. генератор.

Бірюков на свою ЗСУ отримав одразу кілька авторських свідоцтв. По-перше, зверніть увагу на розріз ротора. При розгоні він працює подібно до НД, створюючи великий стартовий момент. У міру розкручування у зовнішніх кишенях лопатей створюється вихрова подушка. З погляду вітру, лопаті стають профільованими, і ротор перетворюється на швидкохідний ортогонал, причому віртуальний профіль змінюється відповідно до сили вітру.

По-друге, профільований канал між лопатями у робочому діапазоні швидкостей працює як центральне тіло. Якщо ж вітер посилюється, то в ньому створюється вихрова подушка, що виходить за межі ротора. Виникає такий самий вихровий кокон, як навколо ЗСУ з направляючим апаратом. Енергія на його створення береться від вітру, тому на поломку вітряка її вже не вистачає.

По-третє, регулятор обертів призначений насамперед для турбіни. Він тримає її оберти оптимальними з погляду КИЕВ. Оптимум частоти обертання генератора забезпечується вибором передавального відношення механіки.

Примітка: після публікацій в ІР за 1965 р. ЗСУ Бірюкова канула в небуття. Відповіді від інстанцій автор так і не дочекався. Доля багатьох радянських винаходів. Кажуть, якийсь японець став мільярдером, регулярно читаючи радянські популярно-технічні журнали і патентуючи у себе все, що заслуговує на увагу.

Лопатники

Як у сказано, за класикою горизонтальний вітрогенератор із лопатевим ротором – найкращий. Але, по-перше, йому потрібен стабільний хоч би середньої сили вітер. По-друге, конструкція для саморобника таїть у собі чимало підводних каменів, через що нерідко плід довгих завзятих праць у найкращому випадкувисвітлює туалет, передпокій або ганок, а то й виявляється здатний лише розкрутити себе.

За схемами на рис. розглянемо докладніше; позиції:

• Фіг. А:

1. лопаті ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. захисний флюгер (ураганна лопата);
5. струмознімач;
6. шасі;
7. поворотний вузол;
8. робочий флюгер;
9. щогла;
10. хомут під ванти.

• Фіг. Б, вид зверху:

1. захисний флюгер;
2. робочий флюгер;
3. регулятор натягу пружини захисного флюгера.

• Фіг. Г, струмознімач:

1. колектор із мідними нерозрізними кільцевими шинами;
2. пружні міднографітові щітки.

Примітка: ураганний захист для горизонтального лопатника діаметром понад 1 м абсолютно необхідний, т.к. створити навколо себе вихровий кокон він не здатний. При менших розмірах можна досягти витривалості ротора до 30 м/с з лопатями з пропілену.

Отже, де на нас чекають «спотики»?

Лопаті

Розраховувати досягти потужності на валу генератора більше 150-200 Вт на лопатях будь-якого розмаху, вирізаних з товстостінної пластикової трубиЯк часто радять – надії безпросвітного дилетанта. Лопата з труби (якщо вона не настільки товста, що використовується просто як заготівля) матиме сегментний профіль, тобто. його верхня або обидві поверхні будуть дугами кола.

Сегментні профілі придатні для середовища, що не стискається, скажімо, для підводних крил або лопатей гребного гвинта. Для газів же потрібна лопать змінного профілю та кроку, наприклад див. рис.; розмах – 2 м. Це буде складний і трудомісткий виріб, що вимагає кропіткого розрахунку у всеозброєнні теорії, продувок у трубі та натурних випробувань.

Генератор

При насадці ротора прямо на його вал штатний підшипник швидко розіб'ється - однакового навантаження на всі лопаті у вітряках не буває. Потрібен проміжний вал із спеціальним опорним підшипником та механічна передача від нього на генератор. Для великих вітряків опорний підшипник беруть дворядний самовстановлюваний; в кращих моделях- Триярусний, Фіг. Д на рис. вище. Такий дозволяє валу ротора не тільки злегка згинатися, а й трохи зміщуватися з боку в бік або вгору-вниз.

Примітка: На розробку опорного підшипника для ЗСУ типу EuroWind пішло близько 30 років.

Аварійний флюгер

Принцип його показує Фіг. В. Вітер, посилюючись, тисне на лопату, пружина розтягується, ротор перекошується, обороти його падають і врешті-решт він стає паралельним потоку. Начебто все добре, але – гладко було на папері…

Спробуйте у вітряний день утримати за ручку паралельно вітру кришку від виварювання чи великої каструлі. Тільки обережно - вертлява залізяка може саданути по фізіономії так, що розквасить ніс, розсіче губу, а то й виб'є око.

Плоский вітер буває лише в теоретичних викладках і з достатньою для практики точністю в аеродинамічних трубах. Реально ж ураган вітряки з ураганною лопатою корежить більше, ніж беззахисні. Краще все-таки міняти зіпсовані лопаті, ніж робити знову все. У промислових установках – інша річ. Там крок лопатей, по кожній окремо, відстежує та регулює автоматика під керуванням бортового комп'ютера. І робляться вони із надміцних композитів, а не з водопровідних труб.

Струмознімач

Це – вузол, що регулярно обслуговується. Будь-який енергетик знає, що колектор із щітками потрібно чистити, змащувати, регулювати. А щогла – з водопровідної труби. Не залізеш, раз на місяць-два доведеться весь вітряк валити на землю і потім знову піднімати. Скільки він протягне від такої "профілактики"?

Відео: лопатевий вітрогенератор + сонячна панель для електропостачання дачі

Міні та мікро

Але із зменшенням розмірів лопатника проблеми падають по квадрату діаметра колеса. Виготовлення горизонтальної лопатевої ЗСУ своїми силами на потужність до 100 Вт вже можливе. Оптимальним буде 6-лопатевий. При більшій кількості лопат діаметр ротора, розрахованого на ту ж потужність, буде менше, але їх виявиться важко міцно закріпити на маточині. Ротори про менш ніж 6 лопатях можна не мати на увазі: 2-лопатникові на 100 Вт потрібен ротор діаметром 6,34 м, а 4-лопатникові тієї ж потужності - 4,5 м. Для 6-лопаткового залежність потужність - діаметр виражається наступним чином :

• 10 Вт - 1,16 м.
• 20 Вт - 1,64 м.
• 30 Вт - 2 м.
• 40 Вт - 2,32 м.
• 50 Вт - 2,6 м.
• 60 Вт - 2,84 м.
• 70 Вт - 3,08 м.
• 80 Вт - 3,28 м.
• 90 Вт – 3,48 м-коду.
• 100 Вт - 3,68 м.
• 300 Вт - 6,34 м.

Оптимальним буде розраховувати на потужність 10-20 Вт. По-перше, лопать із пластику розмахом понад 0,8 м без додаткових заходів захисту не витримає вітер понад 20 м/с. По-друге, при розмаху лопаті до тих же 0,8 м лінійна швидкість її кінців не перевищить швидкість вітру більш ніж утричі, і вимоги до профілювання з круткою знижуються на порядки; тут вже цілком задовільно працюватиме «корытце» із сегментним профілем із труби, поз. Б на рис. А 10-20 Вт забезпечать живлення планшетки, підзарядку смартфона або засвітять лампочку-економку.

Далі вибираємо генератор. Відмінно підійде китайський моторчик - маточина колеса для електровелосипедів, поз. 1 на рис. Його потужність як двигуна – 200-300 Вт, але в режимі генератора він дасть приблизно до 100 Вт. Але чи підійде він нам за оборотами?

Показник швидкохідності z для 6 лопатей дорівнює 3. Формула розрахунку швидкості обертання під навантаженням – N = v/l*z*60, де N – частота обертання, 1/хв, v – швидкість вітру, а l – довжина кола ротора. При розмаху лопаті 0,8 м та вітрі 5 м/с отримуємо 72 об/хв; при 20 м/с – 288 об/хв. Приблизно з такою ж швидкістю обертається велосипедне колесо, так що свої 10-20 Вт від генератора, здатного дати 100, ми вже знімемо. Можна садити ротор прямо на його вал.

Але тут виникає така проблема: ми, витративши чимало праці та грошей, хоч би на моторчик, отримали… іграшку! Що таке 10-20, ну, 50 Вт? А лопатевий вітряк, здатний запитати хоча б телевізор, удома не зробиш. Чи не можна купити готовий міні-вітрогенератор, і чи не обійдеться він дешевше? Ще як можна, і ще як дешевше, див. 4 та 5. Крім того, він буде ще й мобільним. Поставив на пеньок – і користуйся.

Другий варіант – якщо десь валяється кроковий двигун від старого 5- чи 8-дюймового дисководу, або від приводу паперу чи каретки непридатного струминного чи матричного принтера. Він може працювати як генератор і приробити до нього карусельний ротор з консервних банок (поз. 6) простіше, ніж збирати конструкцію на кшталт показаної на поз. 3.

Загалом щодо «лопатників» висновок однозначний: саморобні – скоріше для того, щоб помайструвати досхочу, але не для реальної довготривалої енерговіддачі.

Відео: найпростіший вітрогенератор для освітлення дачі

Вітрильники

Вітрильний вітрогенератор відомий давно, але м'які полотнища його лопатей почали робити з появою високоміцних зносостійких синтетичних тканин і плівок. Багатолопатеві вітряки з жорсткими вітрилами широко розійшлися по світу як привід малопотужних автоматичних водокачок, але їх техдані нижче навіть у каруселів.

Однак м'яке вітрило як крило вітряка, схоже, виявилося не так простим. Справа не у вітростійкості (виробники не обмежують максимально допустиму швидкість вітру): яхсменам-парусникам і так відомо, що вітру розірвати полотнище бермудського вітрила практично неможливо. Швидше шкот вирве, або щоглу зламає, або весь посуд зробить поворот оберкіль. Справа в енергетиці.

На жаль, точних даних випробувань не вдається знайти. За відгуками користувачів вдалося скласти «синтетичні» залежності для встановлення ВЕУ-4.380/220.50 таганрозького виробництва з діаметром вітроколеса 5 м, масою вітроголовки 160 кг та частотою обертання до 40 1/хв; вони представлені на рис.

Зрозуміло, гарантій за 100% достовірність бути не може, але і так видно, що плоско-механістичної моделлю тут і не пахне. Не може 5-метрове колесо на плоскому вітрі в 3 м/с дати близько 1 кВт, при 7 м/с вийти на плато за потужністю і далі тримати її до жорстокого шторму. Виробники, до речі, заявляють, що номінальні 4 кВт можна отримати і за 3 м/с, але при встановленні їх силами за результатами досліджень місцевої аерології.

Кількісної теорії також не виявляється; пояснення розробників малозрозумілі. Однак, оскільки таганрозькі ВЕУ народ купує, і вони працюють, залишається припустити, що заявлена ​​конічна циркуляція та пропульсивний ефект – не фікція. Принаймні можливі.

Тоді, виходить, ПЕРЕД ротором, за законом збереження імпульсу, повинен виникнути також конічний вихор, але повільний, що розширюється. І така вирва зганятиме вітер до ротора, його ефективна поверхнявийде більше омітається, а КИЕВ - надпоодиноким.

Пролити світло це питання могли б натурні вимірювання поля тиску перед ротором, хоча б побутовим анероїдом. Якщо воно виявиться вищим, ніж із боків осторонь, то, дійсно, вітрильні ЗСУ працюють, як жук літає.

Саморобний генератор

Зі сказаного вище ясно, що саморобам краще братися або за вертикалки, або за вітрильники. Але ті та інші дуже повільні, а передача на швидкохідний генератор – зайва робота, зайві витратита втрати. Чи можна зробити найефективніший тихохідний електрогенератор самому?

Так, можна, на магнітах з ніобієвого металу, т. зв. супермагніти. Процес виготовлення основних деталей показано на рис. Котушки – кожна з 55 витків мідного 1 мм дроту у термостійкій високоміцній емалевій ізоляції, ПЕММ, ПЕТВ тощо. Висота обмоток – 9 мм.

Зверніть увагу на пази під шпонки половини ротора. Вони повинні бути розташовані так, щоб магніти (вони приклеюються до магнітопроводу епоксидкою або акрилом) після збирання зійшлися різними полюсами. «Млинці» (магнітопроводи) повинні бути виготовлені з магнітом'якого феромагнетика; підійде звичайна конструкційна сталь. Товщина «млинців» - не менше 6 мм.

Взагалі краще купити магніти з осьовим отвором і притягнути їх гвинтами; супермагніти притягуються зі страшною силою. З цієї ж причини на вал між «млинцями» одягається циліндрична проставка заввишки 12 мм.

Обмотки, що становлять секції статора, з'єднуються за схемами, також наведеними на рис. Спаяні кінці не повинні бути натягнуті, але повинні утворювати петлі, інакше епоксидка, якою залитиме статор, застигаючи, може порвати дроти.

Заливають статор у виливниці до товщини 10 мм. Центрувати та балансувати не потрібно, статор не обертається. Зазор між ротором та статором – по 1 мм з кожного боку. Статор у корпусі генератора потрібно надійно зафіксувати не тільки від зміщення по осі, а й від провертання; сильне магнітне поле при струмі в навантаженні тягне його за собою.

Відео: генератор для вітряка своїми руками

Висновок

І що ж ми маємо насамкінець? Інтерес до «лопатників» пояснюється скоріше їх ефектним. зовнішнім виглядом, ніж дійсними експлуатаційними якостямиу саморобному виконанні та на малих потужностях. Саморобна карусельна ЗСУ дасть "чергову" потужність для зарядки автоакумулятора або енергопостачання невеликого будинку.

А ось із вітрильними ЗСУ варто поекспериментувати майстрам із творчою жилкою, особливо у міні-виконанні, з колесом 1-2 м діаметром. Якщо припущення розробників вірні, то з такого можна буде зняти, за допомогою описаного вище китайського двигуна-генератора, його 200-300 Вт.

Зробити каркас (рангоут) для вітрильного ротора нескладно. Крім того, вітрильні ЗСУ безпечні, а звуків від них, інфра-і чутних, не виявляється. І високо розуміти ротор не потрібно, достатньо одного діаметра колеса.

Відео: технологія виробництва вітрогенераторів

Вітрогенератор з автомобільного генератора - непогана альтернатива заводському пристрою, який коштує від кількох десятків до кількох сотень тисяч рублів. Для складання потрібно спорудити лопаті, щоглу і трохи змінити конструкцію автогенератора.

Про саморобні вітряки для дому

Особливий інтерес до вітряної енергії проявляється лише на рівні побутової сфери. Це зрозуміло, якщо краєм ока поглянути черговий рахунок за спожиту енергію. Тому різного роду умільці активізуються, використовуючи всі можливості електрики недорого.

Одна з таких можливостей цілком реальна, тісно пов'язана з вітряком з автомобільного генератора. Вже готовий прилад – автомобільний генератор – достатньо лише оснастити правильно зробленими лопатями, щоб мати можливість знімати з клем генератора якесь значення електричної енергії.

Щоправда, ефективно працюватиме він лише за умови наявності вітряної погоди.

Приклад із практики побутового застосуваннявітряні генератори. Вдало розроблена та цілком ефективна практична конструкція вітряка. Встановлено трилопатевий гвинт, що рідкість для побутових апаратів

Використання практично будь-якого автомобільного генератора прийнятно для конструювання вітряка. Але підібрати для справи зазвичай намагаються модель потужну, здатну видавати великі струми. Тут на піку популярності конструкції генераторів від вантажних автомобілів, великих пасажирських автобусів, тракторів тощо.

Крім генератора, для виготовлення вітряка потрібно ще ряд комплектуючих деталей:

• гвинт двох-або трьох-лопатевий;
• автомобільний акумулятор;
• електричний кабель;
• щогла, елементи опори, кріплення.

Конструкція гвинта на дві або три лопаті вважається найбільш оптимальною для класичного генератора вітряного. Але побутовий проект найчастіше далекий від інженерної класики. Тому найчастіше на домашню конструкцію намагаються підібрати вже готові гвинти.

Крильчатка від вентилятора легкового автомобіля, яка буде використана як гвинт вітряної домашньої установки. Легкість та велика корисна площа для повітряної сили дозволяють застосовувати такі варіанти

Таким, наприклад, може стати крильчатка від зовнішнього блоку спліт-системи кондиціювання повітря або вентилятора того ж автомобіля. Але коли є бажання дотримуватися традицій конструювання вітрогенераторів, доведеться споруджувати пропелер вітряка від початку до кінця своїми руками.

Перед прийняттям рішення про складання та встановлення вітрогенератора варто оцінити кліматичні дані ділянки та розрахувати окупність. Істотну допомогу в цьому надасть інформація дуже цікавої статті, що рекомендується нами до ознайомлення.

Конструкція вітрогенератора

Існує величезна видова різноманітність вітрогенераторів та креслень їх виготовлення. Але будь-яка конструкція включає наступні обов'язкові елементи:

• генератор;
• лопаті;
• накопичувальна батарея;
• щогла;
• Електронний блок.

Маючи деякі навички, можна змайструвати вітрогенератор своїми руками

Крім цього, необхідно заздалегідь продумати систему керування та розподілення електроенергії, накреслити схему монтажу.

Переваги та недоліки використання автомобільного генератора

Використання автомобільного генератора як елемента вітроелектростанції дає істотні переваги:

• Є готовий генератор, який може використовуватись без втручання у конструкцію або з деякою модернізацією.
• Автомобільний генератор видає стабільну напругу, що важливо для вітряків з їх швидкістю обертання, що постійно змінюється.
• Використовується стандартне обладнання, яке доступне і не потребує втручання в конструкцію.
• Автомобільні генератори широко поширені, що робить їх ремонтопридатними та доступними для заміни за потреби.

Поряд з перевагами є й деякі недоліки:

• Автомобільний генератор потребує високої швидкості обертання, що вимагає використання редуктора, що підвищує, або змін у конструкції пристрою.
• Ресурс автомобільного генератора обмежений приблизно 4000 годин роботи (в середньому). Навіть новий генератор не витримає і року безперервної роботи та потребуватиме ремонту.
• Система збудження деяких генераторів вимагає подачі напруги на котушку, що змушує змінювати конструкцію та встановлювати постійні магніти.

Незважаючи на наявні недоліки, автомобільний генератор вважається оптимальним варіантомможливим при самостійному створенні вітроелектростанції.

Виготовляємо вітрове колесо

Лопаті, мабуть, найважливіша частина вітрогенератора. Від конструкції залежатиме робота інших вузлів пристрою. Виготовляють їх з різних матеріалів. Навіть із пластикової каналізаційної труби. Лопаті з труби прості у виготовленні, коштують дешево і не схильні до впливу вологи. Порядок виготовлення вітроколеса наступний:

1. Необхідно розрахувати довжину лопаті. Діаметр труби повинен дорівнювати 1/5 від загального метражу. Наприклад, якщо лопата буде метрова, підійде труба діаметром 20 см.
2. Розрізаємо трубу лобзиком вздовж на 4 частини.
3. З однієї частини виготовляємо крило, яке послужить шаблоном для вирізання наступних лопатей.
4. Задирок на краях згладжуємо абразивом.
5. Лопаті фіксують до алюмінієвого диска із привареними смугами для кріплення.
6. Далі до цього диска прикручується генератор.

Лопаті для вітрового колеса

Після складання ветроколесо потребує балансування. Його закріплюють на штативі горизонтально. Операцію проводять у закритому від вітру приміщенні.У разі правильно проведеного балансування колесо не повинно рухатися. Якщо ж лопаті обертаються самі, їх потрібно підточити до додання рівноваги всієї конструкції.

Тільки після успішного завершення цієї процедури слід перейти до перевірки точності обертання лопатей, вони повинні крутитися в одній площині без перекосу. Допускається похибка 2 мм.

Схема збирання генератора

Виготовлення щогли

Для виготовлення щогли підійде стара водопровідна труба діаметром не менше 15 см, довжиною близько 7 м. Якщо в межах 30 м від передбачуваного місця монтажу є будівлі, висоту конструкції коригують у бік збільшення. Для ефективної роботивітроустановки лопастник піднімають вище за перешкоду мінімум на 1 м.

Підстава щогли та кілочки для закріплення розтяжок бетонують. До кіл приварюють хомути з болтами. Для розтяжок використовують оцинкований 6 мм трос.

Порада. Зібрана щогла має неабияку вагу, при ручній установці знадобиться противага з труби з вантажем.

Переробляємо автомобільний генератор

Для виготовлення генератора вітряка підійде генератор будь-якого автомобіля. Їх конструкції схожі між собою, а переробка зводиться до перемотування дроту статора та виготовлення ротора на неодимових магнітах. У полюсах ротора висвердлюються отвори для фіксації магнітів. Встановлюють їх, чергуючи полюси. Ротор обертають папером, а порожнечі між магнітами заливають епоксидною смолою.

Автомобільний генератор

У такий же спосіб можна переробити двигун від старої пральної машини. Тільки магніти в цьому випадку, щоб уникнути залипання, наклеюють під кутом.

Нову обмотку перемотують по котушці зуб статора. Можна зробити всипну обмотку, це як комусь зручно. Чим більша кількість витків, тим ефективніше вийде генератор.Мотають котушки в одному напрямку за трифазною схемою.

Готовий генератор варто випробувати та виміряти дані. Якщо при 300 оборотах генератор видає близько 30 вольт, це добрий результат.

Генератор для вітряка з автомобільного генератора

Фінальна збірка

Раму генератора зварюють із профільної труби. Хвіст виготовляють із оцинкованої жерсті. Поворотна вісь є трубкою з двома підшипниками. Генератор кріплять до щогли таким чином, щоб відстань від лопаті до щогли була не менше 25 см. З метою безпеки для фінального складання та монтажу щогли варто вибрати безвітряний день. Лопаті під дією сильного вітру можуть зігнутися і розбитися про щоглу.

Для використання акумуляторів для живлення техніки, яка працює від мережі 220 В, потрібно встановити інвертор перетворення напруги. Місткість батареї підбирається індивідуально до вітрогенератора. Цей показник залежить від швидкості вітру на місцевості, потужності техніки, що підключається, і частоти користування нею.

Влаштування вітрогенератора

Щоб батарея не вийшла з ладу від надмірної зарядки, знадобиться контролер напруги. Його можна виготовити самостійно, якщо маєте достатні знання в електроніці, або купити готовий. У продажу є багато контролерів для механізмів отримання альтернативної енергії.

Порада. Щоб лопатник не зламався за сильного вітру, встановлюють простий пристрій - захисний флюгер.

Дволопатевий гвинт на генератор без переробки

У принципі якщо на генератор поставити швидкісний дволопатевий гвинт діаметром 1-1.2 метра, то такі оберти легко досягаються при вітрі 7-8м/с. Значить можна зробити вітряк і не переробляючи генератор, тільки працюватиме він на вітрі від 7м/с. Нижче скріншот із даними двох-лопатевого гвинта. Як видно обороти такого гвинта за вітру 8м/с становлять 1339 об/м.

Так як оберти гвинта ростуть лінійно в залежності від швидкості вітру, то (1339: 8 * 7 = 1171 об / м) при 7м / с почнеться зарядка АКБ. При 8 м/с очікувана потужність знову-таки за розрахунком має бути (14:1200*1339=15.6 вольт) (15.6-13=2.6:0.4=6.5 ампер*13=84.5 ват). Корисна потужність гвинта судячи зі скріншоту 100 ватів, тому він вільно потягне генератор і повинен недовантажений видати навіть більше обертів ніж зазначено. У результаті 84.5 Вт має бути з генератора при 8 м / с, але котушка збудження споживає близько 30-40 Вт, значить в акумулятор піде всього 40-50 Вт енергії. Дуже мало звичайно перероблений на магніти генератор і перемотаний при цьому вітрі на оборотах 500-600 об/м видасть втричі більше потужності.

При вітрі 10 м/с обороти будуть (1339:8*10=1673 об/м), напруга в неодружену (14:1200*1673=19.5 вольт), а під навантаженням АКБ (19.5-13=6.5:0.4=16.2 ампер * 13 = 210 ват). У результаті вийде 210 Вт потужності мінус 40 Вт на котушку і корисної потужності залишиться 170 Вт. При 12 м/с буде приблизно так 2008 об/м, напруга без навантаження 23.4 вольта, струм 26 ампер, мінус 3 ампер на збудження, і 23 ампер струм зарядки акумулятора, потужність 300 ват.

Якщо зробити гвинт меншого діаметра, то обороти ще зростуть, але тоді гвинт не потягне генератор, коли досягне поріг зарядки акб. Я порахував різні варіанти під час написання цієї статті і дволопатевий гвинт виявився найоптимальнішим для генератора без переробки.

У принципі, якщо розраховувати на вітри від 7м/с і вище, то такий вітрогенератор добре працюватиме і видаватиме 300 ват при 12 м/с. При цьому вартість вітряка буде зовсім невеликою, по суті лише ціна генератора, а гвинт та інше можна зробити з того, що є. Тільки гвинт потрібно робити обов'язково за розрахунками.

Перероблений генератор починає давати заряду вже з 4 м/с, при 5 м/с струм зарядки вже 2 ампера, при цьому так-як ротор на магнітах, то весь струм йде в АКБ. При 7 м/с струм зарядки 4-5 ампер, а за 10 м/с вже 8-10 ампер. Виходить, що тільки при сильному вітрі 10-12 м/с генератор без переробки може порівнятися з переробленим, але він нічого не дасть на вітрі менше 8 м/с.

Самопорушення автомобільного генератора

Щоб генератор самозбуджувався без акумулятора в ротор, потрібно поставити пару маленьких магнітиків. Якщо котушку збудження запитати від акумулятора, вона постійно і незалежно від цього виробляє енергію чи ні вітрогенератор, споживатиме свої 3 ампера і заряджати акумулятор. Щоб цього не відбувалося, потрібно поставити блокуючий діод, щоб струм шол тільки в акб, а назад не йшов.

Котушку збудження можна запитати від самого генератора, мінус на корпусі, а плюс від плюсового болтика. А в зуби ротора потрібно поставити кілька маленьких магнітиків для самозбудження. Для цього можна просвердлити свердлом дірочки та на клей посадити маленькі неодимові магнітики. Якщо немає неодимових магнітів можна вставити звичайні феритові від динаміків, якщо маленькі, то просвердлиться і вставити, або прокласти між пазурів і залити епоксидною смолою.

Також можна використовувати так звану таблетку, тобто реле-регулятор як в автомобілі, який буде відключати збудження якщо напруга АКБ досягла 14.2 вольта, щоб не перезарядити. Нижче на малюнку схема самозбудження генератора. Взагалі генератор сам збуджується так, як ротор має залишкову намагніченість, але це відбувається на високих оборотах, краще для надійності додати магніти. У схему включено реле-регулятор, але можна виключити. Діод, що розв'язує, потрібен щоб акумулятор не розряджався так, як без діода струм буде текти в обмотку збудження (ротор).

Так як вітрогенератор буде дуже маленький з гвинтом діаметром всього 1 метр, то ніякі захисту від сильного вітру не потрібні і з ним нічого не станеться, якщо буде міцна щогла і міцний гвинт.

Є генератори на 28 вольт, але якщо їх використовувати для зарядки 12 вольт АКБ, то оборотів потрібно вдвічі менше, близько 600 об/м. Але так як напруга буде не 28 вольт, а 14, то котушка збудження буде давати тільки половину потужності і напруга генератора буде менше, тому нічого не вийде з цього. Можна звичайно спробувати в генератор, статор якого намотаний на 28 вольт, поставити ротор на 12 вольт, тоді має бути краще і зарядка почнеться раніше, але тоді потрібні два однакові генератори, щоб замінити ротор, або шукати окремо ротор або статор.

Розбір помилок конструювання

Складання вітрогенератора в побутових умовах власними руками – справа, звичайно ж, не безпомилкова. Навіть у конструкціях промислових вітряків інженерами припускаються помилок. Але на помилках навчаються, про що підтверджують побутові конструкції, що цілком відбулися.

Отже, серед помилок при влаштуванні побутових вітряних генераторів часто фігурує така деталь, як відсутність конструкції генератора модуля гальмування. Стандартне виконання таких приладів (автомобільних чи тракторних) такої деталі не передбачає. Отже, генератор потрібно доопрацьовувати.

Однак не кожному «конструктору» хочеться займатися цією тонкою справою. Багато хто ігнорує цю деталь, сподіваючись на «може». Як результат – при сильному вітрі гвинт розкручується до неймовірно високих швидкостей. Підшипники генератора не витримують, розбивають посадкові місця алюмінієвих кришок. Відбувається клин ротора.

Зруйнований вітрогенератор через недоробки в конструкції. Помилки конструювання та монтажу подібних конструкцій призводять до тяжких наслідків.

До цієї теми відноситься недоробка, пов'язана з відсутністю обмежувача повороту флюгера. Нерідко цей компонент просто забувають встановити і згадують лише тоді, коли потоки вітру починають розкручувати «півня» навколо своєї осі, як юлу у передачі «Що? Де? Коли?». Результат плачевний.

Мінімум шкоди – перекручування та обрив електричного кабелю, а у важких випадках – рознесення всієї конструкції.

Інша примітна помилка складання – неправильний розрахунок точки центру ваги на підставі флюгера. У цьому випадку пристрій може функціонувати якийсь час нормально. Але з часом утворюється перекіс на підшипниковому вузлі, свобода обертання обмежується, ефективність конструкції віддачі енергії різко знижується.

Нерідко струмом, отриманим від генератора, намагаються живити акумуляторну батарею. Незабаром починають дивуватися - чому акумулятор не тримає заряд або виявляють пробою 2-3 банок.

Це банальна та природна помилка, тому що в будь-якому випадку заряд АКБ повинен проходити в умовах певних струмів та напруг. Тут потрібний контроль цього процесу.

Обслуговування пристрою

Щоб зроблений вітряк працював довгі роки і без перебоїв, необхідно проводити періодичний технічний контроль та обслуговування.

1. Чистити, змащувати та регулювати струмозйомник потрібно раз на 2 місяці.
2. Ремонтувати лопаті, якщо виникає вібрація та розбалансування під час обертання.
3. Раз на 3 роки фарбувати антикорозійною фарбою металеві елементи.
4. Перевіряти та регулювати кріплення та трос щогли.

Ефективність роботи приладу впливає місцевість, де встановлено вітрогенератор (пустир, наявність вітрів). Але в будь-якому випадку мати дане джерело енергії, незалежне від стаціонарного електропостачання, ніколи не буде зайвим.

Відео

Оплата електроенергії на сьогоднішній день займає чималу частку у витратах на утримання житла. У багатоквартирних будинках, єдиний спосіб економії - перехід на енергозберігаючі технології та оптимізація витрат за багатотарифними схемами (нічний режим оплачується за зниженими цінами). А за наявності присадибної ділянки можна не лише заощадити на споживанні, а й організувати для приватного будинку самостійне енергозабезпечення.

Це нормальна практика, яка зародилася в Європі та північній Америці, а останні кілька десятиліть активно впроваджується й у Росії. Однак обладнання для автономного енергопостачання досить дороге, окупність «у нуль» настає не раніше, ніж через 10 років. У деяких державах можна повертати енергію в громадські мережі за фіксованими тарифами, це скорочує час окупності. У Російської ФедераціїДля оформлення «кешбеку» потрібно пройти ряд бюрократичних процедур, тому більшість користувачів «безкоштовної» енергії вважають за краще будувати вітряний генератор своїми руками, та користуватися ним лише для особистих потреб.

Правова сторона питання

Саморобний вітрогенератор для будинку не потрапляє під заборони, його виготовлення та застосування не тягне за собою адміністративного чи кримінального покарання. Якщо потужність вітряного генератора не перевищує 5 кВт, він відноситься до побутових пристроїв і не вимагає жодних погоджень з місцевою енергетичною компанією. Тим більше, не потрібно сплачувати будь-які податки, якщо ви не отримуєте прибуток під час продажу електроенергії. Крім того, саморобний вітряк, що генерує, навіть з такою продуктивністю, вимагає складних інженерних рішень: змайструвати його на тек просто. Тому потужність саморобки рідко перевищує 2 кВт. Власне, цієї потужності зазвичай достатньо для енергопостачання приватного будинку (звісно, ​​якщо у вас немає бойлера та потужного кондиціонера).

У цьому випадку йдеться про федеральне законодавство. Тому перед прийняттям рішення про виготовлення вітряка своїми руками не зайвим буде перевірити наявність (відсутність) суб'єктів і муніципальних нормативних правових актів, які можуть накладати деякі обмеження та заборони. Наприклад, якщо ваш будинок розташований на природній території, що особливо охороняється, використання вітрової енергії (а це природний ресурс) може вимагати додаткових погоджень.

Проблеми із законом можуть виникнути за наявності неспокійних сусідів. Вітряки для будинку належать до індивідуальних будівель, тому на них також поширюються деякі обмеження:

Різновиди генераторів

Перш ніж вирішити, як зробити вітрогенератор своїми руками, розглянемо особливості конструкції:

За розташуванням генератора пристрій може бути горизонтальним або вертикальним

За номіналом напруги, що генерується

Типові приклади саморобних вітрогенераторів

Пристрій вітрогенератора однаковий незалежно від обраної схеми.

• Пропелер, який може бути встановлений безпосередньо на вал генератора, так і за допомогою ремінної (ланцюгової, шестерінної передачі).
• Власне генератор. Це може бути готовий пристрій (наприклад, з автомобіля) або звичайний електродвигун, який при обертанні виробляє електрострум.
• Інвертор, регулятор напруги, стабілізатор – залежно від обраної напруги.
• Буферний елемент - акумуляторні батареї, що забезпечують безперервність генерації незалежно від наявності вітру.
• Конструкція встановлення: щогла, кронштейн для монтажу на даху.

Пропелер

Можна виготовити з будь-якого матеріалу: хоч із пластикових пляшок. Щоправда гнучкі лопаті суттєво обмежують потужність.

Достатньо вирізати в них порожнини для забору вітру.

Непоганий варіант - вітряк побутового з кулера. Ви отримуєте готову конструкцію з професійно виконаними лопатями та збалансованим електродвигуном.

Аналогічна конструкція виготовляється із охолоджувача комп'ютерних блоків живлення. Правда потужність такого генератора мізерна – хіба що запалити лампу на світлодіодах, або зарядити мобільний телефон.

Проте система цілком працездатна.

Непогані лопаті виходять із алюмінієвих листів. Матеріал доступний, його легко відформувати, пропелер виходить досить легким.

Якщо ви створюєте роторний пропелер для вертикального генератора, можна скористатися бляшаним банкам, розрізаними вздовж. Для потужних систем застосовуються половинки сталевих бочок(До обсягу 200 літрів).

Зрозуміло, доведеться особливо ретельно підійти до питання надійності. Потужний каркас, вал на підшипниках.

Генератор

Як говорилося вище, можна використовувати готовий автомобільний або електродвигун від промислових електроустановок (побутової техніки). Як приклад: вітрогенератор із шуруповерта. Використовується вся конструкція: двигун, редуктор, патрон для кріплення лопат.

Компактний генератор виходить із крокового двигуна принтера. Знову ж таки, потужності вистачає лише на харчування світлодіодного світильникаабо зарядний пристрій смартфон. На природі – незамінна річ.

Якщо ви з паяльником «на ти», і непогано знаєтеся на радіотехніці - генератор можна зібрати самостійно. Популярна схема: вітрогенератор на неодимових магнітах. Переваги конструкції – можна самостійно розрахувати потужність під вітрове навантаження у вашій місцевості. Чому неодимові магніти? Компактність за високої потужності.

Можна переробити ротор генератора.

Або створити власну конструкцію, з виготовленням обмоток.

Ефективність такого вітряка на порядок вища, ніж під час використання схеми з електродвигуном. Ще одна незаперечна перевага – компактність. Неодимовий плоский генератор, і його можна розмістити безпосередньо в центральній муфті пропелера.

Щогла

Виготовлення цього елемента не вимагає знань в електроніці, але від його міцності залежить життєздатність вітрогенератора.

Наприклад, щогла висотою 10-15 метрів вимагає грамотно розрахованих розтяжок та противаг. Інакше сильний порив вітру може завалити конструкцію.

Якщо потужність генератора не перевищує 1 кВт, вага конструкції не така велика, і питання міцності щогли відходять на другий план.

Підсумок

Саморобний вітрогенератор – не така складна конструкція, як може здатися на перший погляд. З урахуванням високої вартості заводських виробів, можна неабияк заощадити, виготовивши домашню вітряну електростанцію і цілком доступних матеріалів. З урахуванням невеликих витрат на створення вітряка, він окупиться досить швидко.

Відео на тему

>

Вітряк з авто-генератора з подвійним статором

Вітрогенератор від "Мото26", виготовлений з автомобільного генератора з подвійним статором. Вітряк зроблений для роботи на акб 24 вольт, потужність у результаті 300ватт при вітрі 9м/с. Подробиці та фото у статті.

Практично повністю саморобний вітрогенератор, генератор якого спочатку повинен був бути з автомобільного генератора, але після того, як корпус був зламаний від генератора, залишився тільки статор, а корпус довелося робити новий.

>

Вітрогенератор з авто-генератора від Бичка

Генератор цього вітряка виготовлений з автомобільного генератора від гзузовика Бичек. Статор перемотаний дротом 0,6 мм. Ротор повністю новий, був виточений у токоря по потрібним розмірампід куплені магніти 30*10*5мм.

>

Проста передка автомобільного генератора

Найпростіша переробка автомобільного генератора на постійні магніти. Генератор для цього вітряка робився з автогенератора, статор якого не змінювався, а ось ротор був оснащений неодимовими магнітами.

>

Генератор для вітряка з автогенератора

Як і без особливих зусиль переробити автогенератор для саморобного вітрогенератора. Для переробки не треба ні перемотувати статор, не точити ротор під магніти. Вся переробка зводиться до перемикання фаз генератора, і оснащення ротора невеликими магніти для самозбудження ротора.

>

Однолопатевий гвинт для вітрогенератора

У продовженні удосконалення вітрогенератора цього разу було вирішено спробувати виготовити однолопатевий гвинт і подивитися які переваги він дає і які недоліки притаманні однолопатевим гвинтам. Лопата з противагою має не жорстке кріплення і може відхилятися від осі обертання до 15 градусів.

>

Вітрогенератор із тракторного генератора Г700

У цьому вітрогенераторі як генератор використаний тракторний генератор з електрозбудженням. Генератор зазнав суттєвих змін, був перемотаний статор. тонким дротом, А також домотала котушка ротора. Для цього вітряка гвинт був виготовлений з дюралюмінію. Гвинт дволопатевий розмахом 1,3м.

>

Саморобний вітрогенератор для яхти

Саморобний вітрогенератор, генератор якого виготовлений із генератора мотоцикла ІЖ юпітер, Цей вітрогенератор спеціально створювався для експлуатації на невеликій яхті, де мав забезпечувати живленням навігаційні прилади та дрібну електроніку.

>

Новий-другий вітрогенератор для яхти

У новому вітрогенераторі використовувався статор від автомобільного генератора. Потужність нового вітряка тепер більша, діаметр гвинта також збільшився. Тепер вітрогенератор має новий захиствід сильного вітру тепер гвинт не йде вбік, а перекидається, і хвіст тепер не складається, загалом подробиці в статті.

>

Вітряки квіти з велосипедних динамік

Інтересні та красиві вітряки, генератори яких це велосипедні динамо втулки. Зроблені вони у вигляді будь-яких кольорів, соняшників, ромашок і пофарбовані у відповідні кольори, красиво виглядають як елемент дизайну.

>

Як зробити вітрогенератор з автомобільного генератора

У статті докладний опис, як зробити вітрогенератор з автомобільного генератора. Як перемотати статор, які магніти потрібні, як зробити гвинт для вітряка