Как сделать ветряной генератор в домашних условиях и его принцип работы

На сегодняшний день становится популярной идея применения альтернативных источников энергии, которые позволяют обеспечивать пользователей электричеством в труднодоступных местах. Стимулом к постройке генераторов стало распространение неодимовых магнитов, которые имеют скромные габариты и вес, но обеспечивают устойчивое и мощное магнитное поле. Для использования силы ветра возможно изготовление ветрогенератора своими руками из подручных материалов.

Принцип работы ветроустановки

В основе действия ветряного генератора лежит получение электрического тока путем вращения колеса с несколькими лопастями под силой давления ветра. Вращение происходит с невысокими оборотами и передается на шестерни повышающего редуктора. На выходном валу устанавливается генератор, который вырабатывает электроэнергию.

Виды ветроустановок

Принцип работы устройств различается в зависимости от видов установок, которые бывают:

1. Роторные с вертикальным расположением оси привода и генератора. Плюсом схемы является чувствительность и способность работать при малой скорости ветра.
2. Крыльчатые, которые имеют горизонтальную схему и приводящиеся во вращение колесом с несколькими лопастями (пропеллером). Пропеллер оснащается одной, двумя или несколькими лопастями, которые имеют жесткую или парусную схему. Парусные изделия недорого стоят, но не отличаются долговечностью. На крупных установках возможен поворот лопастей, при помощи которого увеличивается КПД установки.
3. Барабанные, с вертикальным расположением осей рабочих узлов.

На схематическом чертеже представлен образец ветряного крыльчатого генератора, построенный на базе велосипедного генератора (на схеме G1).

Ветряной генератор

Плюсы и минусы

Основными плюсами установок являются:

• экологичность и возможность работы без сжигания топлива;
• применение для работы возобновляемого (фактически — неисчерпаемого) источника энергии;
• простота обслуживания.

К отрицательным чертам относят:

• нестабильные мощностные характеристики, которые зависят от силы ветра;
• необходимость аккумулирования избыточной электроэнергии (характерно для крупногабаритных установок);
• шумность при работе (проблема касается генераторов с большими диаметрами колес);
• высокая стоимость.

Общие принципы работы автономного ветрогенератора изложены в видеоролике от автора Darkhan Dogalakov.

Рекомендации

Перед тем как приобретать установку или пытаться ее собрать самостоятельно, следует оценить экономический эффект от ее применения.

На карте скорости ветров имеется три зоны, каждой из которых соответствуют свои типы установок:

1. Для зоны ветров со скоростями менее 3 м/с рекомендуется использование устройств с парусными рабочими колесами. Эти установки способны работать при малом ветре и обеспечивать мощность до 2-3 кВт.
2. При ветре до 5 м/с возможно применение фабричных установок или самодельных вертикальных конструкций.
3. В районах со скоростями ветра более 5 м/с оправдано применение любых установок. Все зависит от бюджета и необходимой мощности.

Карта скорости ветров

Что понадобится

В качестве исходной базы для постройки устройств могут использоваться различные узлы от бытовой техники и автомобилей. Некоторые необходимые в процессе работы инструменты и материалы могут различаться в зависимости от основы устройства.

Для создания из стиральной машины

Для выполнения работы по созданию ветрогенератора из стиральной машины будут необходимы:

• электродвигатель от стиральной машины с мощностью 1,4-1,6 кВт;
• 32 неодимовых магнита с диаметром 10-12 мм;
• наждачная бумага;
• эпоксидная смола или холодная сварка;
• шуруповерт;
• выпрямитель тока;
• тестер.

Для создания из асинхронного двигателя

Для изготовления устройства из асинхронного двигателя для частного дома могут понадобиться:

• стальная водопроводная труба с наружным диаметром 70-80 мм для постройки мачты;
• материал для лопастей рабочего колеса (алюминиевая трубка, тонкие деревянные доски, стеклоткань) или готовые лопасти фабричного изготовления;
• материалы для изготовления фундамента (доски, обрезки трубы или профиля, цементный раствор);
• стальной трос;
• тонкий листовой металл или влагоустойчивая фанера для хвостовика;
• асинхронный двигатель (наиболее популярны модели АИР80 или АИР71);
• дополнительные неодимовые магниты.

Для создания из пластиковых бутылок

Для изготовления небольшого ветрогенератора на основе пластиковых бутылок не потребуются дорогостоящие материалы.

Материалы и инструменты для сборки ветрогенера из пластиковых бутылок:

• стальная или хромированная трубка с диаметром 25 мм и толщиной стенок до 1,0 мм с общей длиной 3000 мм;
• цилиндрические пластиковые бутылки с объемом 1,5 литра — 16 штук (при использовании бутылок большего объема, возможно, придется пересчитывать размеры вала);
• крышки от бутылок в количестве 16 единиц;
• шариковые подшипники №205 (подойдут также других серий с диаметром отверстия под вал 25 мм);
• пара хомутов с размером 6/4″(применяются в качестве корпусов подшипников);
• два хомута 3/4″, которые будут служить точками крепления ветрогенератора;
• дополнительный хомут для установки генератора (в приведенном ниже примере используется изделие с размером 3,5″);
• девять винтов размера М4*35 с гайками М4;
• 32 шайбы М5 для установки крышек;
• трубка резиновая с внутренним диаметром 25 мм (отрезок 150-200 мм);
• втулка с наружным диаметром 25 мм и внутренним отверстием 9-10 мм;
• шаговый электродвигатель мощностью до 10 Вт;
• генератор от велосипеда;
• фонарь с динамо;
• дрель или шуруповерт;
• ножовка по металлу;
• сверла для выполнения отверстий в металлической трубе диаметром 4 и 8 мм;
• отвертка с крестообразным и плоским жалом;
• гаечный ключ 7 мм.

Для создания из электродвигателя

Необходимые материалы:

• генератор от автомобиля;
• исправный аккумулятор 12 в;
• инвертор с мощностью не менее 1 кВт для преобразования постоянного тока с напряжением 12 Вольт в переменный 220 Вольт;
• бочка 200 литров для изготовления лопастей;
• лампочка на 12 в для контроля;
• выключатель и вольтметр;
• медная проводка с сечением проводов от 2,5 мм²;
• труба с диаметром около 45-50 мм для оси;
• трубы с диаметром от 100 мм для постройки мачты;
• подшипники;
• сварочный аппарат;
• цементный раствор;
• тросы растяжек с диаметром 6 мм и анкеры для крепления к земле;
• крепеж (метизы, хомуты и прочее).

Инструменты:

• рулетка;
• карандаш и чертилка по металлу;
• набор гаечных ключей;
• дрель или шуруповерт;
• емкость для замешивания раствора;
• сверла по металлу;
• болгарка и несколько запасных кругов;
• ножницы по металлу;
• напильники и наждачная бумага.

Как сделать ветрогенератор своими руками

Примером может служить аксиальный генератор со статором без металлического каркаса, использующий в качестве ротора ступицу и тормозной диск от легкового автомобиля:

1. Очистить ступицу и диск от продуктов коррозии и работы тормозных колодок.
2. Окрасить наружную поверхность краской, предохраняющей металл от дальнейшей коррозии.
3. Проверить состояние подшипников, будущий ротор должен легко вращаться, не иметь заеданий и биений.
4. Симметрично установить неодимовые магниты по рабочей поверхности тормозного диска. Для постройки рекомендуется использовать магниты прямоугольной или квадратной формы, поскольку на них обеспечивается лучшее распределение магнитного поля. При установке магнитов следует чередовать полярность и помнить, что для однофазного генератора число магнитов и катушек статора должно совпадать. Если планируется собирать трехфазный агрегат, то число магнитов и катушек должно соответствовать пропорции 2/3 или 4/3.
5. Залить установленные магниты эпоксидной смолой.
6. Для полноценного режима заряда автомобильного аккумулятора генератор с подобным ротором должен развивать не менее 125 об/мин. При этом в обмотке статора будет около 1200 витков проволоки. Исходя из этого значения и количества магнитов, необходимо самостоятельно намотать катушки. Для этого может применяться вспомогательное оборудование, чертежи и схемы которого распространены в сети. Ширина катушек должна соответствовать высоте магнитов и не превышать ее.
7. Установить катушки на шаблон из бумаги или фанеры и залить сверху эпоксидной смолой. Перед заливкой выводятся концевики фаз, с которых будет сниматься напряжение.
8. Изготовить ветроколесо, используя самодельные или покупные лопасти.
9. Собрать генератор и установить на мачту высотой 8-12 м.

Кроме описанной конструкции, встречаются разнообразные типы самодельных установок, некоторые из них будут рассмотрены ниже. Большинство решений базируются на электродвигателях и генераторах и имеют общие конструктивные черты.

Из стиральной машины

Пример создания генератора из двигателя стиральной машинки показан в видеоролике пользователя kim tools.

Пошаговая инструкция:

1. Уменьшить диаметр ротора по высоте магнитов на токарном станке.
2. Прорезать в сердечнике двенадцать пазов с глубиной 5 мм.
3. Изготовить из тонкого стального листа круговой шаблон.
4. Установить в пазы магниты. При этом необходимо помнить о чередовании полярности.
5. Собрать получившийся генератор и провести тестирование. Перед началом проверки потребуется найти два провода от рабочей обмотки, которые подключаются к выпрямителю. Остальные выводы изолируются и убираются внутрь статора.
6. Раскрутить вал генератора до 950-1000 об/мин. При этом режиме отдача устройства должна составлять не менее 200 Вольт.
7. После тестирования на вал генератора устанавливается пропеллер привода и вся конструкция крепится на мачте.

Из асинхронного двигателя

Конструкция устройства имеет мало отличий от генератора на базе мотора стиральной машины и обеспечивает большую мощность.

Первым этапом создания устройства станет переделка двигателя в генератор с напряжением 220 в и доработка конструкции:

1. Проточить на токарном станке сердечник ротора двигателя под последующую установку магнитов. Целью является уменьшение диаметра сердечника на высоту магнитов и клеевого слоя. Иногда встречается установка специальной стальной гильзы, которая напрессовывается на обработанный ротор. Магниты крепятся на поверхность гильзы, выступающей в роли усилителя магнитной индукции.
2. Разметить поверхность обработанного ротора или гильзы на четыре полюса (количество полюсов соответствует конструкции статора), которые должны чередоваться. Магниты нужно расположить наискосок, параллельно пазам. В случае перемотки статора и изменения числа полюсов должна меняться и схема установки неодимовых магнитов. Они размещаются вплотную друг к другу в пределах одного полюса, а между полюсами имеется зазор. Вся конструкция должна быть симметричной и сбалансированной.
3. Установить ротор в статор, проверить зазоры и возможность беспрепятственного вращения. В случае контактирования поверхностей следует провести доработку сердечника путем дополнительной проточки.
4. Закрепить магниты при помощи скотча или эпоксидной смолы. После застывания вещества провести повторную проверку зазора между ротором и статором.
5. Провести пробную прокрутку генератора при помощи дрели и нагрузки, в роли которой выступает лампа накаливания или другой потребитель электроэнергии.
6. После проведения проверки на вал устанавливается приводное колесо (на фото выше парусного типа) и генератор поднимается на мачту.
7. Мачта устанавливается на бетонное основание и дополнительно фиксируется тросовыми растяжками.

Один из образцов генератора на базе двигателя

Из пластиковых бутылок

Генератор такого типа возможно собрать самому в домашних условиях за несколько часов.

Для того чтобы изготовить ветряк, надо пошагово выполнить инструкцию:

1. Отрезать от трубы две части по 500 мм, которые будут использоваться в качестве оси и основания консольного крепления.
2. Отрезать еще два куска по 450-500 мм для консольных опор оси.
3. Сделать заготовку из трубы с длиной 150 мм, которая послужит опорой генератора на консоли.
4. Отступить от концов заготовки вала по 100 мм и разметить точки крепления 8 лопастей, в роли которых будут пластиковые бутылки. Отверстия сверлятся насквозь сверлом 4 мм по спирали со смещением влево на 25 мм и через расстояние по высоте 82 мм.
5. Выполнить второй ряд отверстий со смещением на 90 градусов относительно первого.
6. На расстоянии 100 мм от концов вала выполнить два сквозных отверстия для штифтов фиксации подшипников.
7. Просверлить отверстия по центру пробок с диаметром 4 мм.
8. Установить пробки попарно при помощи винта, гайки и двух шайб, которые ставятся на каждую крышку. Затянуть гайки крепления пробок.
9. Из боковой стороны бутылок вырезать эллиптическую часть (показано на фото). Вырезы рекомендуется делать одинакового размера, используя первую бутылку как шаблон.
10. В каждую крышку ввернуть по лопасти-бутылке, собрав таким образом вертикальное колесо.
11. На подшипники надеть хомуты 6/4″, которые крепятся к консолям.
12. На нижней консоли смонтировать основание для генератора. Точку крепления подобрать экспериментальным путем.
13. Установить имеющийся в наличии генератор в хомут крепления. В приведенном примере используется фонарь с генератором модели SB-6020, оснащенный встроенной аккумуляторной батареей.
14. Соединить вал генератора с колесом при помощи резинового шланга или втулки.
15. Отцентрировать электрогенератор и закрепить опору на консоли.
16. Установить генератор в удобном месте и проверить его в работе.

На фотографиях приведены основные моменты постройки маломощного ветрогенератора.

Из бензогенератора

Сложность состоит в том, что мощный генератор предназначен для работы на высоких оборотах, которые тяжело обеспечить при помощи ветряного колеса. При низких оборотах ротора не начнет работать цепь самовозбуждения и напряжения на клеммах не будет.

Из электродвигателя

Кроме описанных выше конструкций, можно самостоятельно собрать мощную установку из автомобильного генератора. В схеме применяется преобразователь напряжения на 220 в, что позволяет подключать к сети бытовую технику.

Чтобы построить ветрогенератор своими руками потребуется:

1. Разметить и разрезать бочку на четыре или более сегментов. Кромки нужно обработать напильником и наждачной бумагой для удаления заусенцев. Готовые лопасти вентилятора рекомендуется покрыть краской, которая защитит металл от коррозии. При резке можно не отделять боковины от горизонтальных поверхностей, а поворачивать на необходимый угол.
2. Изготовить из трубы ось. Длина ее должна на 200-250 мм превышать высоту бочки.
3. На верхней кромке трубы установить крестообразную направляющую для лопастей и закрепить при помощи сварки.
4. На расстоянии, равном высоте лопасти, смонтировать симметричную направляющую.
5. Установить между направляющими лопасти, предусмотрев возможность регулировки угла установки. От правильности выбранного угла зависит мощность собираемого агрегата.
6. Собрать мачту из труб большого сечения. Высота мачты рекомендуется не менее 7 метров. Если в радиусе 30 метров имеются постройки, то высоту следует увеличить на несколько метров. При этом следует помнить, что с увеличением высоты мачты возрастают нагрузки на каркас. В идеале нижняя кромка ветряного колеса должна находиться на 1 метр выше расположенных рядом построек.
7. Залить основание мачты бетоном и усилить конструкцию растяжками из троса.
8. Перемотать генератор проводом толщиной 0,55 мм. При этой толщине в каждой обмотке располагается 60-65 витков. На проточенном роторе устанавливаются магниты.
9. Собрать устройство и проверить его работу.
10. Установить генератор на мачту и подключить его к вертикальному колесу.
11. Проверить работу установки в различных режимах.

Видеоролик от автора Одесский Инженер демонстрирует переделку генератора для использования в ветровой установке.

Обслуживание ветрогенератора и меры безопасности

При использовании ветрогенератора следует учитывать следующие моменты по обслуживанию и безопасности:

1. Мачта с установленным генератором должна иметь заземление. При использовании фабричных изделий повреждение молнией может стать причиной отказа в гарантийном обслуживании.
2. При запуске запрещается использовать генератор в роли двигателя (для ускоренной раскрутки).
3. Не рекомендуется эксплуатация установок при ветре со скоростью более 5 м/с. Это особенно касается заводских изделий.
4. Регулярно (через каждые 400 часов работы) нужно добавлять смазку в подшипники ротора. Через 1200 часов подшипники рекомендуется промывать керосином и набивать новым смазочным веществом.
5. Проводить осмотр и подтяжку контактных групп и крепежей генератора. При искрении коллектора выполнить его шлифовку наждачной бумагой.
6. Устанавливать аккумуляторную батарею на расстоянии не больше 25 метров от мачты. Батарея должна располагаться в контейнере или помещении с температурой от +5ºС. Помещение для батареи должно проветриваться, поскольку при зарядке выделяется взрывоопасный газ.
7. Для разъединения устройств должен применяться щиток с переключателями.

 Загрузка ...

Видео «Ветрогенератор из автогенератора и лопасти»

Еще один образец установки из автомобильного генератора продемонстрирован в видеоролике автора Михаил Лямаев.