Как сделать ветрогенератор из асинхронного двигателя

Для самодельного ветряка удобно использовать асинхронный генератор. Он сразу вырабатывает переменный ток, и нет необходимости подключать инвертор, что упрощает схему сборки. Это означает, что всеми бытовыми приборами можно пользоваться прямо от ветряка. Сделать асинхронный генератор своими руками несложно. Достаточно найти старый асинхронный двигатель (АД) от какого-либо бытового прибора и использовать его в качестве основы для ветряка. Понадобится, правда, несложная переделка.

Принцип работы асинхронного двигателя и генератора

Асинхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока. Его особенность состоит в том, что магнитное поле, которое производится током обмотки статора, и ротор вращаются с разной частотой. В синхронных двигателях их частота совпадает. Наиболее распространенная конструкция АД включает в себя фазный ротор и статор, между которыми находится воздушный зазор. Но встречаются и двигатели с короткозамкнутым ротором. Активная часть АД — это магнитопровод и обмотки. Остальные элементы обеспечивают жесткость конструкции, возможность вращения и охлаждение. Ток в таком двигателе появляется благодаря электромагнитной индукции, которая возникает при вращении магнитного поля с определенной скоростью.

В свою очередь, асинхронный ветрогенератор — это двигатель, который работает в генераторном режиме. Приводной ветродвигатель вращает ротор и магнитное поле в одном направлении. При этом возникает отрицательное скольжение ротора, на валу появляется тормозящий момент, после чего энергия передается на аккумулятор. Для возбуждения ЭДС в дело идет остаточная намагниченность ротора, а усиление ЭДС происходит за счет конденсаторов.

Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя

Чтобы приспособить АД под ветряк, вам нужно создать в нем движущееся магнитное поле. Для этого проведите ряд преобразований:

1. Подберите неодимовые магниты для ротора. От их силы и количества зависит сила магнитного поля.
2. Проточите ротор под магниты. Это можно сделать при помощи токарного станка. Снимите пару миллиметров со всей поверхности сердечника и дополнительно сделайте углубления под магниты. Толщина проточки зависит от выбранных магнитов.
3. Сделайте разметку ротора на четыре полюса. На каждом разместите магниты (от восьми штук на полюс, но лучше больше).
4. Теперь нужно зафиксировать магниты. Сделать это можно при помощи суперклея, но тогда удерживайте элементы пальцами до тех пор, пока клей не схватится (при контакте с ротором магниты будут менять свое положение). Или закрепите все элементы скотчем.
5. Следующий шаг — заполнение свободного пространства между магнитами эпоксидной смолой. Для этого обмотайте ротор с магнитами бумагой, поверх нее намотайте скотч, а концы бумажного кокона загерметизируйте пластилином. После изготовления такой защиты внутрь можно заливать смолу. Когда эпоксидка окончательно высохнет, удалите бумагу.
6. Зачистите поверхность ротора наждачкой. Для этого используйте бумагу средней зернистости.
7. Определите два роторных провода, которые ведут к рабочей обмотке. Остальные провода обрежьте, чтобы не путаться.

На этом основные преобразования завершены. Дополнительно вы можете приобрести контроллер, а из кремниевых диодов сделать выпрямитель для вашего ветрогенератора. Кроме того, проверьте вращение двигателя. Если ход тугой, замените подшипники. Быстрый совет: если хотите увеличить силу тока, а также снизить напряжение в вашем агрегате, то не поленитесь и перемотайте статор толстой проволокой.

Тестирование генератора

Перед установкой готового генератора на осевую конструкцию или мачту нужно его протестировать. Для тестирования понадобится дрель или шуруповерт, а также какая-нибудь нагрузка, например, обычная лампочка, которую вы используете в быту. Подсоедините их к вашему агрегату и посмотрите, на каких оборотах лампочка горит ярко и ровно.

Если тестирование показывает хорошие результаты, то можно приступать к монтажу ветряка. Для этого необходимо изготовить лопастные элементы, осевую конструкцию, подобрать аккумулятор. Подробнее о том, как собрать ветрогенератор, можно почитать здесь.

Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора

Такой ветряк обладает рядом особенностей, которые нужно учитывать при эксплуатации:

• Будьте готовы, что КПД готового устройства будет постоянно колебаться (в пределах 50%). Устранить этот недостаток невозможно, это издержки процесса преобразования энергии.
• Позаботьтесь о качественной изоляции, а также заземлении ветрогенератора. Это обязательное требование безопасности.
• Сделайте кнопки для управления устройством. Это значительно упростит его использование в дальнейшем.
• Кроме того, предусмотрите места для подключения измерительных приборов. Это обеспечит вас данными о работе вашего агрегата, позволит проводить диагностику.

Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

Если сравнивать асинхронный и синхронный ветрогенераторы, то у асинхронных есть как преимущества, так и недостатки.

Преимущества заключаются в следующем:

• Мощные устройства с простой конструкцией, небольшими размерами и весом.
• Высокий уровень эффективности при выработке энергии.
• Нет необходимости в инверторе, потому что такой ветрогенератор производит переменный ток (220/380В). Он может непосредственно питать бытовые устройства или работать параллельно с сетью централизованного энергоснабжения.
• Выходное напряжение очень стабильно.
• Частота на выходе не зависит от скоростей ротора.
• Обладает высокой устойчивостью к коротким замыканиям, защищен от влаги и грязи.
• Может служить многие годы, так как содержит мало изнашивающихся элементов.
• Работает на конденсаторном возбуждении.

Недостатки такие:

• При отсутствии аккумулятора асинхронный генератор может затухать в моменты перегрузки. Это является ограничителем для использования такого агрегата. Но для ветряка такой недостаток неактуален, потому что его конструкция предполагает накопитель энергии. О том, как выбрать аккумулятор для ветряка, можно прочитать здесь.
• Конденсаторные батареи имеют высокую стоимость, поэтому переделка старого АД — это оптимальное решение вопроса.
• Оборотность генератора находится в обратной зависимости от его массы.

Таким образом, ветрогенератор своими руками из асинхронного трехфазного двигателя — это недорогое и удобное решение для дома.

Изготовление генератора для ветряка из асинхронного двигателя своими руками

Этапы

Создание самодельного ветрогенератора имеет два основных этапа:

• изготовление ротора
• создание генератора

Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:

Изготовление генератора из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наилучшей «заготовкой» для изготовления генератора. Он имеет для этого наилучшие показатели по устойчивости к короткому замыканию, менее требователен к попаданию пыли или грязи. Кроме того, асинхронные генераторы вырабатывают более «чистую» энергию, клирфактор (наличие высших гармоник) у этих устройств всего 2% против 15% у синхронных генераторов. Высшие гармоники способствуют нагреву двигателя и сбивают режим вращения, поэтому их малое количество является большим плюсом конструкции.

Асинхронные устройства не имеют вращающихся обмоток, что в значительной степени снимает возможность выхода их из строя или повреждения от трения или замыкания.

Также важным фактором является наличие на выходных обмотках напряжения в 220В или 380 В, что позволяет подключать приборы потребления прямо к генератору, минуя систему стабилизации тока. То есть, пока есть ветер, приборы будут работать точно так же, как от сети.

Единственное отличие от работы полного комплекса в прекращении работы сразу же после стихания ветра, тогда как аккумуляторы, входящие в комплект, какое-то время питают потребляющие устройства используя свою емкость.

Как переделать ротор

Единственным изменением, которое вносится в конструкцию асинхронного двигателя при переделывании его в генератор, является установка на ротор постоянных магнитов. Для получения большей силы тока иногда перематывают обмотки более толстым проводом, имеющим меньшее сопротивление и дающим лучшие результаты, но эта процедура не критична, можно обойтись и без нее — генератор будет работать.

Ротор асинхронного двигателя не имеет никаких обмоток или иных элементов, являясь, по сути, обычным маховиком. Обработка ротора производится в токарном станке по металлу, обойтись без этого никак нельзя. Поэтому при создании проекта надо сразу решить вопрос с техническим обеспечением работ, найти знакомого токаря или организацию, занимающуюся такими работами. Ротор надо уменьшить в диаметре на толщину магнитов, которые будут на него установлены.

Существует два способа монтажа магнитов:

• изготовление и установка стальной гильзы, которая одевается на предварительно уменьшенный в диаметре ротор, после чего на гильзу крепятся магниты. Этот способ дает возможность увеличить силу магнитов, плотность поля, способствующую более активному образованию ЭДС
• уменьшение диаметра только на толщину магнитов плюс необходимый рабочий зазор. Этот способ проще, но потребует установки более сильных магнитов, лучше всего — неодимовых, которые имеют намного большее усилие и создают мощное поле.

Установка магнитов производится по линиям конструкции ротора, т.е. не воль оси, а несколько смещенными по направлению вращения (на роторе эти линии хорошо видны). Магниты расставляются по чередованию полюсов и фиксируются на роторе с помощью клея (рекомендуется эпоксидная смола). После ее высыхания можно производить сборку генератора, в который отныне превратился наш двигатель, и переходить к испытательным процедурам.

Испытания вновь созданного генератора

Эта процедура позволяет выяснить степень работоспособность генератора, опытным путем определить скорость вращения ротора, необходимую для получения нужного напряжения. Обычно прибегают к помощи другого двигателя, например, электродрели с регулируемой частотой вращения патрона. Вращая ротор генератора с подключенным к нему вольтметром или лампочкой, проверяют, какие скорости необходимы для минимума и каков максимальный предел мощности генератора, чтобы получить данные, на основе которых будет создаваться ветряк.

Можно в испытательных целях подключить какой-либо прибор потребления (например, нагреватель или осветительное устройство) и убедиться в его работоспособности. Это поможет снять все возникающие вопросы и внести какие-либо изменения, если возникнет такая необходимость. Например, иногда возникают ситуации с «залипанием» ротора, не стартующего при слабых ветрах. Это происходит при неравномерном распределении магнитов и устраняется разборкой генератора, отсоединением магнитов и повторным их укреплением в более равномерной конфигурации.

По завершении всех работ в распоряжении появляется полностью рабочий генератор, который отныне нуждается в источнике вращения.

Изготовление ветряка

Для создания ветряка потребуется выбрать какой-либо из вариантов конструкции, которых имеется немало. Так, существуют горизонтальные или вертикальные конструкции ротора (в данном случае термин «ротор» обозначает вращающуюся часть ветрогенератора — вал с лопастями, приводимый в движение силой ветра). Горизонтальные роторы имеют более высокую эффективность и устойчивость в производстве энергии, но нуждаются в системе наведения на поток, которая, в свою очередь, нуждается в легкости вращения на валу.

Чем мощнее генератор, тем труднее его вращать и тем большее усилие должен развивать ветряк, что требует его больших размеров. При этом, чем крупнее ветряк, тем он тяжелее и обладает большей инерцией покоя, что образует замкнутый круг. Обычно используют средние значения и величины, дающие возможность образовать компромисс между размерами и легкостью вращения.

Вертикальные ветряки проще в изготовлении и не требовательны к направлению ветра. При этом, они имеют меньшую эффективность, так как ветер с одинаковой силой воздействует на обе стороны лопасти, затрудняя вращение. Для того, чтобы избежать этого недостатка, создано множество различных конструкций ротора, таких как:

• ротор Савониуса
• ротор Дарье
• ротор Ленца

Известны ортогональные конструкции (разнесенные относительно оси вращения) или геликоидные (лопасти, имеющие сложную форму, напоминающую витки спирали). Все эти конструкции имеют свои достоинства и недостатки, основным из которых является отсутствие математической модели вращения того или иного вида лопастей, делающего расчет крайне сложным и приблизительным. Поэтому действуют методом проб и ошибок — создается экспериментальная модель, выясняются ее недостатки, с учетом которых изготавливается рабочий ротор.

Наиболее простая и распространенная конструкция — ротор Савониуса, но в последнее время в сети появляется множество описаний других ветрогенераторов, созданных на базе других видов.

Устройство ротора несложно — вал на подшипниках, на верхней части которого укреплены лопасти, которые под действием ветра вращаются и передают крутящий момент на генератор. Изготовление ротора осуществляется из доступных материалов, монтаж не требует чрезмерной высоты (обычно поднимают на 3-7 м), это зависит от силы ветров в регионе. Вертикальные конструкции почти не требуют ухода или обслуживания, что облегчает эксплуатацию ветрогенератора.

Рекомендуемые товары

Ветрогенератор на базе асинхронного двигателя

Конструкция этого ветрогенератора, достаточно простая и надежная. Это первая попытка переделки асинхронного двигателя в генератор на постоянных магнитах. Как то разбираясь в подвале нашел движок старый, но совсем не пользованный. Решил на нем и потренироваться. Мощности большой с него не ждал, так как двигатель четырех полюсной. Но опыт и практика иногда важнее Киловатт.

Разобрал я его, все внутренности в приличном состоянии оказались, что порадовало.
Рассчитал какие магниты подходят (точнее какие доступнее из возможных), проточку ротора. Отдал ротор токарю, тот поколдовал над ним полчасика, и вот я обладатель заготовки.
Не торопясь рассчитал скос магнитного полюса. Если клеить магниты без скоса, то залипания будут сильные, и сдвинуть вал генератора ветер не сможет. Напечатал шаблон наклейки магнитов. Пробил отверстия. Наклеил на заготовку и начал клеить магниты.

Больших проблем не было. Все магниты наклеил за два вечера (по два часа с перерывами на пиво и прочие неотложные дела).

Утром обмотал ротор прозрачным скочем, начиная снизу, герметично, вверху немного оставил зазор. Залил не торопясь эпоксидку. Все получилось нормально. Запас при проточке ротора взял больше расчетного, и все равно оказалось мало. Ротор не захотел входить. Переклеивать магниты залитые смолой я не стал. Просто обточил аккуратно на наждаке на малых оборотах с водой (не рекомендую этого делать без крайней нужды, так как неодимовые магниты не терпят перегрева). Собрал генератор. Залипаний практически нет (двумя пальцами легко страгивается).

Генератор готов. Снимаем характеристики. Это первый замер, который я делал сразу после сборки. Гарантировать точность оборотов не могу, не было чем фиксировать точно.
Перед испытаниями
А эти замеры делал не так давно. Соединение -фазы выпрямлены и последовательно.

Теперь нужно было делать лопасти. Рассчитал их не я. Вот что вышло.
Диаметр турбины 1.7 метра, быстроходность Z 5.

Собрал головку, но проверить как? А руки чешутся. Взял генератор с установленными лопастями и полез на крышу не высокую. Ветра почти нет. Покрутился вместо флюгера, а ветерок возьми да дунь слегка. Кто нибудь держал генератор при вращающимся винте? И не надо. Отвернуться от ветра совсем не просто. В общем был похож на настоящего Карлсона (который живет на крыше ). Все кто наблюдал эту картину от души посмеялись, а мне было немного не по себе (и это мягко сказано).
В общем эта модель благополучно отработала несколько месяцев, потом демонтирована на реконструкцию. Ни каких повреждений не обнаружил.

Ну а сейчас он вот такой

Здесь небольшой видеоролик про этот Вертяк:

Ну а я продолжаю искать, испытывать и строить другие варианты, и остановиться уже не могу.
Наверно еще опишу другие конструкции.

Камрад, смотри полезняхи!

Николай (507)

Россия, Московская область, Солнечногорск.

Просто человек. Мне сорок один год. Работаю. Люблю рыбалку. Живу в подмосковье. Делаю на досуге ветряки, поэтому и паяльник приходится держать. Возможно мой опыт в этом направлении может кому то пригодиться.

 

Ветрогенератор на базе асинхронного двигателя

Ветрогенератор является довольно простой и надежной конструкцией в плане источника автономной электрический энергии. Описанный в данной статье, тип генератора работает на постоянных магнитах и является переделанной моделью из асинхронного двигателя. Генератор сделан из старого четырех полюсного двигателя. Так как тут попытка такого преобразования – первая, то здесь не имела значения мощность двигателя, скорее дело в практическом применении и чистого интереса. Первым делом необходимо было разобрать двигатель. Удивило состояние деталей внутри конструкции – они были практически новые, что не могло не радовать.

Теперь необходимо было проточить ротор. Зачастую такую работу необходимо производить только, если имеются навыки токарного дела.Так как, таких навыков не имеется, пришлось обращаться за помощью к знакомому токарю.

Далее нужно было подобрать магниты и  рассчитать скос магнитного полюса. Скос делается для того, чтобы не происходило залипание. Как только все расчеты были проведены,  тут же распечатал шаблон и пробил отверстия.

Данный шаблон нужен для того, что бы показать места, где именно нужно клеить магниты. Если правильно рассчитать угол скоса, то проблем при проклейке магнита не должно возникать. В основном, такая работа займет не более двух часов.

Далее плотно обмотал ротор скотчем. Делать это следует снизу, плавно двигаясь вверх. И только на самом верху оставить зазор. Следом спокойно залил все это эпоксидной смолой, для достижения большей герметичности и надежности. Когда производится процесс проточки ротора, то необходимо брать запас раза в 1,5 – 2 больше расчетного. Все дело в том, что если мало сточить, что ротор просто не сможет войти. Можно, конечно сточить магниты, но в дальнейшем это может быть чревато перегревом генератора, так что лучше заранее позаботиться обо всех нюансах.

Теперь следует собрать генератор воедино и проверить возможность его оборотов. Достаточно просто провернуть ротор двумя пальцами. Обороты должны проходить легко, без залипания и трения. Теперь, когда конструкция полностью готова, можно приступать к процессу съема характеристик.

Естественно, при первых замерах нельзя гарантировать точные характеристики генератора, но все же примерно прикинуть достаточно. После того, как все характеристики сняты, можно приступать к изготовлению лопастей.

По данным характеристики можно отметить, что диаметр турбины будет соответствовать 1,7 метра, а быстроходность Z 5.

Изготовив полностью всю конструкцию, необходимо проверить ее работоспособность. Достаточно  проверить ее работу, заменив обычный флюгер. Здесь достаточно небольшого ветра, что бы генератор пришел в действие. Поэтому необходимо аккуратно установить конструкцию вместо флюгера и привести в действие. Как уже говорилось, наличие ветра лишь придаст эффектным оборотам данной конструкции, но главное, что бы в это время генератор был уже закреплен.

Данная конструкция сможет спокойно отработать в течении нескольких месяцев, причем без ремонта или замены конструктивных частей. Конечно, при условии, что все сделано правильно. После нескольких месяцев работы следует полностью проверить генератор.

Автор:  Нагорянский Александр Александрович.

Ветрогенератор из асинхронного двигателя

Энергетический кризис часто сопровождается перебоями в энергоснабжении, особенно, если проблема касается сельской местности. Иметь резервный генератор не всегда возможно по ряду причин, поэтому можно воспользоваться «дармовым» источником энергии ветра. Для этого необходим ветрогенератор, который проще всего соорудить из обычного асинхронного двигателя.

Принцип действия такого генератора весьма прост: энергия ветра будет передаваться на ротор, который начёт вращаться в том же  направлении, что и создаваемое при этом магнитное поле. Поскольку скольжение ротора при этом становится отрицательным, то на валу ротора возникает тормозной момент, а образующаяся электроэнергия будет передана потребителю. Таким образом, намагниченность ротора становится причиной возбуждения эдс в выходной цепи машины.

Преимущества асинхронного генератора:

1. Конструктивно такой генератор проще, чем синхронный, и к тому же некритичен к внешним неблагоприятным воздействиям: например, к попаданию на него пыли и грязи (что вполне вероятно в условиях сильного ветра).
2. Напряжение на выходе имеет меньшую степень нелинейных искажений, а потому к такому генератору можно подключать различную нагрузку – от сварочного преобразователя до компьютера.
3. Коэффициент неравномерности вращения для асинхронных генераторов не опускается ниже 0,98 , что исключает его перегрев в условиях длительной работы.
4. Вследствие отсутствия вращающихся обмоток долговечность асинхронного генератора ожидается достаточно высокой.

Таким образом изготовить ветрогенератор из асинхронного двигателя не только принципиально возможно, но и практически целесообразно.

Рассмотрим основные этапы переделки

Вначале подбирается необходимый электродвигатель:  он должен быть низкооборотистым ( не более 1300 мин^-1), имеющим 3 или 4 пары полюсов.

Проточка ротора двигателя под установку магнитов

рис. 1

Заключается в уменьшении диаметра ротора под высоту устанавливаемых магнитов. Здесь возможны варианты: если имеющиеся в распоряжении магниты – недостаточно сильные, то дополнительно необходимо выточить и одеть на ротор переходную металлическую втулку, с помощью которой значение наводимой магнитной индукции окажется достаточным для того, чтобы не допустить рассеивания магнитного поля. В ином случае никаких других работ по переделке ротора производить не нужно. Проточенный под установку магнитов (при наличии  втулки) ротор имеет вид, представленный на рис.1.

Расчёт необходимого количества магнитов и их монтаж

Для этого сначала определяется длина окружности ротора после его переточки, которая будет соответствовать высоте втулки:

L=πD , где D – диаметр ротора.

Требуемая толщина магнитов t должна быть в пределах t=(0.1…0.15)D. Далее рассчитывается количество секций n, в каждой из которых магниты будут устанавливаться  с одинаковым полюсом:

n=L/p, где p – количество полюсов электродвигателя.

рис. 2

Для окончательного решения вопроса определяют количество магнитов, которое сможет уместиться в одном полюсе, чтобы потом равномерно и с наибольшей плотностью  распределить их по всей высоте втулки. Смещение магнитов при их наклейке принимается равным толщине одного магнита. Для приклеивания лучше всего применять эпоксидный клей. Внешний вид втулки с магнитами в сборе, одетой на ротор, представлен на рис.2.

Проверка работоспособности генератора

После сборки ветрогенератора из асинхронного двигателя необходимо проверить на фактически развиваемую выходную мощность, поскольку после наклейки магнитов, а также вследствие увеличения массы ротора, параметры электромашины изменяются. С этой целью ротор генератора необходимо привести во вращение со скоростью, соответствующей номинальной скорости вращения переделанного электродвигателя.

рис. 3

Для этого можно использовать обычную электродрель, а на выходе подключить любую доступную нагрузку, например, электролампочку. Изменяя мощность подключаемых ламп, а также число оборотов дрели, можно установить практическую работоспособность ветрогенератора и зависимость вырабатываемого напряжения от количества оборотов ротора. Контрольная установка в различных вариантах её подключения представлена на рис.3.

 

Изготовление исполнительной части ветрогенератора

Она должна состоять из лопастей винтов, поворотной оси и стойки, на которой закрепляется вся конструкция. Лопасти (см. рис.4) можно изготавливать из полихлорвиниловой трубы диаметром 150…200 мм. Далее под готовый ветрогенератор из асинхронного двигателя изготавливается стойка, которая должна иметь поворотную ось, собранную на подшипниках качения. Готовая конструкция исполнительной части ветрогенератора с винтом диаметром 1,7 м представлена на рис. 5.

рис. 4

рис. 5

Апробация ветрогенератора из асинхронного двигателя

Заключается в экспериментальном определении мощности готовой установки.  Данный параметр будет определяться множеством факторов, причём большинство из них весьма неопределённо:  в расчёт следует принимать и высоту мачты, и диапазон изменения скорости ветра и влажность воздуха. Тем не менее принцип остаётся тем же: подключается нагрузка заранее известной мощности, после чего по падению числа оборотов можно сделать вывод о мощности ветрогенератора.

Повысить мощность машины можно, дополнительно осуществив перемотку статора двигателя проводом с большим сечением. Это уменьшает собственное сопротивление генератора, и , соответственно, увеличивает напряжение на выходе.  Общий вид переделанного таким образом статора двигателя  представлен на рис. 6. Таким путём удаётся увеличить выходную мощность ветрогенератора в несколько раз.

рис. 6

А вот и видео по переделке и показательным запуском:

принцип работы, как сделать своими руками

С момента появления разнообразных технических устройств, выпускаемых серийно, люди, имеющие желание познать что-то новое и создать это новое своими руками, изготавливают подобные устройства и механизмы самостоятельно.

Самодельный ветровой генератор не является исключением. Для его изготовления используют как подручные средства и материалы, так и применяют компоненты заводского производства, ранее использованные в других устройствах.

Принцип работы

Содержание статьи

Работа ветрового генератора основана на преобразовании энергии ветра в электрическую энергию. Преобразование осуществляется путем передачи кинетической поступательной энергии ветровых потоков (№1 на схеме), во вращательное движение (№2 на схеме) лопастей ветровой установки («В» на схеме). В свою очередь вращательное движение лопастей, посредством механической передачи (устройство вторичного вала и редуктора), передается на вал электрического генератора («G» на схеме), вырабатывающего электрический ток (№3 на схеме).

Как сделать своими руками, что потребуется

При изготовлении ветрового генератора своими руками могут быть использованы различные материалы и подручные средства, имеющиеся в наличии. Самым главным условием для успешного решения поставленной задачи является желание изготовить подобный механизм самостоятельно и умение работать разнообразным инструментом, а также наличие свободного времени.

Вот некоторые из вариантов изготовления подобных устройств из подручных средств:

Из автомобильного генератора

Автомобильный генератор, по своему устройству, предполагает производство электрической энергии, которая вырабатывается при вращении его вала. В связи с этим, вариант использования подобного устройства, является наиболее простым решением, при самостоятельном сооружении ветровой установки.

Наиболее сложной частью, подобного устройства, являются лопасти и узел их крепления. Для изготовления данного узла можно использовать листовой, не поддающийся коррозии, металл, (алюминий, нержавеющая или оцинкованная сталь), который должен иметь способность крепиться к валу генератора и позволять закрепить необходимое количество лопастей на нем.

Лопасти можно изготовить из пластиковых труб диаметром 100,0 — 120,0 мм, для чего их следует нарезать требуемой длины и разрезать пополам, после чего места пиления обработать абразивными материалами и закрепить на ранее подготовленном узле их крепления. Собранный узел монтируется на вал генератора.

Из металлических труб, диаметром 20,0 – 25,0 мм изготавливается несущая конструкция, ее размер и форма, зависят от типа автомобильного генератора. Данный узел установки несет на себе максимальную нагрузку, в связи с тем, что именно эта часть создаваемого ветрового генератора подвергается воздействию потоков ветра и на рнего воздействует собственный вес монтируемых деталей.

На изготовленную несущую конструкцию монтируется генератор с лопастями, а также хвостовик установки, который может быть изготовлен из любого прочного материала: пластик, фанера, листовой металл.

Когда конструкция готова, к выводам генератора подсоединяются провода и вся установка монтируется на заранее подготовленном основании. Высота основания и место его установки, должны быть выбраны индивидуально, в зависимости от конкретных условий и региона расположения, что определяется наличием и скоростью воздушных потоков.

Один из вариантов ветряка, изготовленного с использованием автомобильного генератора, приведен на ниже приведенном фото:

Из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель, это электрический аппарат, служащий для преобразования электрической энергии в механическую, в виде вращательного движения вала данного устройства.

В своей конструкции, асинхронный двигатель имеет статор, в который помещены электрические обмотки и ротор, вращающийся внутри статора, и если в нормальном режиме работы, ротор вращается под воздействием электрического поля, создаваемого в статоре, при подаче на обмотки напряжения, то при использовании подобных электрических машин, при изготовлении ветрового генератора, происходит обратный процесс – при вращении ротора, в электрических обмотках статора образуется электрический ток. Единственное условие, при данном варианте конструкции, это необходимость не значительное переделки используемого асинхронного двигателя.

Объем переделки зависит от типа используемого двигателя, так если это оборотистая машина, с числом оборотов более 1000, то необходима перемотка обмоток статора, при использовании тихоходных устройств — перемотка не требуется. Кроме этого, для обеспечения надежной работы создаваемого ветрового генератора, необходимо выполнить установку магнитов, для этого ротор машины протачивается, на размер устанавливаемых магнитов, магниты приклеиваются к ротору, после чего данный узел заливается эпоксидной смолой.

Магниты размещаются по шаблону, для создания равномерно направленной ЭДС, образующейся в устройстве. Полюса магнитов («+» и «-») должны чередоваться, что обеспечит правильную работу аппарата.

Вариант расположения магнитов, на роторе асинхронного двигателя, приведен на фото, расположенном ниже:

Когда работы по переделке ротора завершены, двигатель собирается, и изготавливаются лопасти ветровой установки и конструкция их крепления.

Лопасти могут быть изготовлены, как и в случае использования автомобильного генератора (пластиковые трубы), или из иного, имеющегося в наличии материала: листовой металл, пластик, дерево и т.д.

Несущая конструкция должна быть прочной, т.к. асинхронный двигатель обладает значительным весом. Один из вариантов монтажа приведен на ниже расположенном фото:

Для подключения собранной и смонтированной установки используются схема соединения обмоток «треугольник», приведенная ниже:

где:

М – асинхронный двигатель;

С – конденсаторы, обеспечивающие нормальный режим работы установки;

SA1 – коммутационный аппарат, служащий для вывода двигателя из работы;

ХР1 – клеммная колодка, служащая для соединения двигателя с нагрузочной сетью.

На неодимовых магнитах

Неодимовый магнит – это мощное устройство, в состав которого входит редкоземельный металл – неодим, железо и бор. Данный вид магнитов отличается стойкостью к размагничиванию и мощностью притяжения.

Для изготовления ветрового генератора данного вида необходимо приобрести комплект неодимовых магнитов и использовать автомобильную ступицу или иное устройство (шкив и т.д.), которые послужат основой конструкции.

При изготовлении 1-фазного генератора, количество полюсов должно соответствовать количеству магнитов, при изготовлении 3-фазного генератора, соотношение полюсов и катушек, должно быть – 2/3 или 4/3, соответственно.

Магниты наклеиваются на поверхность ступицы (шкива), при этом их полюса должны чередоваться. Для того, чтобы не ошибиться при изготовлении данного элемента, лучше всего выполнить разметку поверхности, на которой крепятся магниты, а также промаркировать их полярность. Вариант монтажа магнитов, с использованием шкива, приведен на фото:

Из медного провода наматываются катушки, количество которых соответствует количеству установленных магнитов. При наматывании, используется провод ПЭТВ или аналог, применяемый при изготовлении обмоток электрических машин. Количество витков можно рассчитать, но при отсутствии опыта выполнения подобных расчетов, вариант подбора, требуемого количества, также может быть применен.

Для небольшого генератора на неодимовых магнитах, общее количество витков в обмотке статора, должно составлять 1000 – 1200 штук, в свою очередь для определения количества витков в одной катушке, данное количество необходимо разделить на количество изготавливаемых катушек.

Внутренний диаметр (отверстие) катушки должен соответствовать диаметру магнита, или быть несколько большим, чем он.

Изготавливается статор генератора. Для этого можно воспользоваться прочным пластиком или фанерой, на поверхности которых выполняется разметка и крепление изготовленных катушек.

Вариант выполнения данной операции приведен на ниже следующем фото:

Катушки крепятся с использованием клея, после чего вся поверхность заливается эпоксидной смолой. Толщина получаемого статора должна соотноситься с толщиной неодимовых магнитов. Концы катушек, перед заливкой, выводятся наружу, где в последствии соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

Выполняется сборка изготовленных узлов, в единое изделие. В случае использования автомобильной ступицы, конструкция выглядит следующим образом:

К ротору генератора (ступице) крепятся лопасти или приводной вал, в случае горизонтальной установки статора. Собранные узлы крепятся на подготовленной основании, а к выводам катушек подключается нагрузка.

Самодельный ветрогенератор для дома и дачи

Для резервного электроснабжения загородного дома или дачи, наиболее подойдет вертикальный ветровой генератор, что обусловлено простотой конструкции, возможностью работать при малых ветровых нагрузках и отсутствие необходимости в монтаже высоких мачт, служащих площадкой для установки ветрового генератора.

Из рассмотренных выше вариантов изготовления подобных устройств своими силами, наиболее эффективен вариант с использованием неодимовых магнитов. В этом случае изготавливается опорная конструкция, в нижней части которой устанавливается изготовленный генератор и приемное устройство, в виде полусфер, как показано на ниже приведенном рисунке:

Ведущий вал изготавливается из стальной шпильки, которая помещается в подшипники, устанавливаемые на несущей конструкции, которая в свою очередь изготавливается из профильного (уголок, труба и т.д.) и листового металла.

В нижней части шпилька крепится к оси генератора, а в ее верхней части, монтируется конструкция, на которую устанавливаются лопасти.

Каракас лопасти (полусфера) может быть изготовлен из дерева, фанеры или толстого пластика. Для поверхности лопастей, используется тонкая фанера, тонкий пластик или легкий металл (оцинкованное железо и т.д.), которые закрепляются на каркасе лопасти, после чего выполняется их монтаж на конструкцию в верхней части шпилек.

После завершения сборки, собранное изделие устанавливается на подготовленном заранее месте и включается в работу.

Ветрогенератор для отопления

При принятии решения об устройстве системы отопления загородного дома или дачи, необходимо помнить, что, как и в случае с электроснабжением подобных объектов, ветровой генератор не является надежным источником энергии, и может лишь служить аварийным, либо в качестве второго источника, дополняя прочие альтернативные способы получения требуемой энергии: солнечные панели, геотермальные установки и т.д.

Вне зависимости от того, в качестве какого источника (основного, дополнительного или резервного) работает ветровой генератор, для работы системы отопления необходима электрическая энергия, идущая на нагрев ТЭНов отопительного котла и работы циркуляционных насосов.

В связи с этим, на выбор конструкции собираемой установки, влияет ее мощность, т.е. способность производить определенное количество электричества в единицу времени. Из рассмотренных выше вариантов, для устройства системы отопления можно применить конструкцию с использованием неодимовых магнитов и асинхронного двигателя.

Плюсы и минусы самоделок

У любого технического устройства есть свои достоинства и недостатки, и ветровые установки не являются исключением. Так различным типам ветровых генераторов присущи свои плюсы и минусы, которые определяют их технические характеристики, стоимость и условия монтажа.

Тем не менее, вне зависимости от конструкции таких устройств, если они изготавливались самостоятельно, то им присущи общие достоинства и недостатки, которые можно сформулировать следующим образом:

Достоинства самоделок:

1. Низкая стоимость.
2. Возможность изготовления из подручных средств.

Недостатки самоделок:

1. Не возможность создать устройства надежные по обеспечению потребителей электрической энергией достаточной мощности.
2. Сложность изготовления, требующая знаний в этой области техники и умение работать различным инструментом.

Как сделать ветряную электростанцию из асинхронного двигателя

Начни — сделаешь

Для мало-мальски умеющего и любящего что-то мастерить, вопрос «как самому сделать ветряную электростанцию» из имеющихся под рукой агрегатов и материалов, не будет являться неразрешимой проблемой. Стоит только взяться с упоением, не торопясь, шаг за шагом двигаться к завершению работы – цель будет непременно достигнута. Вы обязательно получите дармовую электроэнергию, которая зажжёт свет в вашем доме, заставит работать телевизор, зарядит аккумулятор телефона, оживит пылесос. Мало того, вами будут восхищаться близкие люди, женщины посмотрят совсем другими глазами, непременно начнут хвалиться соседям: «Мой-то сам сумел сделать электростанцию»! Мелочь, но приятно.

Что же на старте надо иметь, на какую мощность своего детища можно рассчитывать? Энергоёмкость любой ветроэлектростанции всегда находится в зависимости от технических возможностей приборов вашей установки. Сейчас пройдём все этапы, создадим самодельный ветрогенератор мощностью до 1 квт. Этого вполне хватит, чтобы осветить несколько комнат, оживить холодильник, телевизор, подключить компьютер.

Как известно, ветроустановки бывают двух типов – с вертикальной осью и горизонтальной, или карусельные и лопастные. У карусельного вида ось вращения вертикальная, у лопастного — горизонтальная. Поскольку карусельная ветроустановка не требует высоты, а может работать непосредственно у поверхности на небольшой опоре, то сейчас расскажем о том, как её сделать собственными руками.

Прежде всего, запасёмся приборами, проводами, фанерой, деревянными материалами различной конфигурации, металлическими материалами (уголками, швеллером, листовым дюралюминием), болтами, гайками различной величины. К приборам относятся генератор от автомобиля, или электромотор от выброшенной стиральной машины, аккумулятор, резистор, регулятор напряжения, реле обратного тока, амперметр, предохранитель, выключатель.

Инструменты: дрель с набором свёрл, шлифовальная машина, или «болгарка» для резки металла с дисками, сварочный аппарат (может и не пригодится), набор гаечных ключей. Весь этот арсенал у мастерового человека всегда имеется.

Крыльчатка – ловец ветра

Именно с неё начнём делать нашу ветряную электростанцию. Потому что эта деталь среди всего комплекса работ самая трудоёмкая, хоть и сложного здесь ничего нет. Собственно говоря, это единственная составная часть, от начала до конца требующая её создания своими руками. Всё остальное – уже готово, только подсоединить провода, соорудить опору, укрепить установку и ждать первого дуновения ветерка. Считайте, что ветрогенератор готов к работе.

Приступаем. Вид крыльчатки, габариты всей установки видны на схеме (см. рисунок, его можно увеличить). Лопасти можно сделать из фанеры, из тонкой железной пластины, из дюралюминия, пластика. На ваш выбор. Что есть под рукой в нужном количестве, то и выбирайте. Единственное требование к результату этого этапа работы – изделие должно быть максимально лёгким, строго симметричным, чтобы при вращении не было толчков.

Если вы предпочли сделать четыре лопасти из тонкого железного листа, то по вертикальному краю каждой лопасти для жёсткости укрепите шестимиллиметровой проволокой, а если выбрали фанеру, то в конце изготовления тщательно пропитайте её горячей олифой.

Четыре крестовины, на которые крепятся лопасти, удобнее всего сделать из стальных полосок сечением 5 на 60 мм. Они будут служить более продолжительное время, чем деревянные. В качестве вертикальной оси электростанции надо использовать стальную трубу диаметром не менее 30 мм и длиной 2 метра. Здесь всё зависит от размера двух шарикоподшипников, под которые надо выбирать диаметр осевой трубы. В нижней части трубы прикрепите два шкива разного диаметра. Через ремень вращение будет передаваться на ветрогенератор, укреплённый рядом с установкой. Не забудьте надёжно укрыть приборы от атмосферных осадков в металлическую коробку. Можно деревянную.

Осталось сваркой приварить к оси стальные крестовины ротора, к которым прикреплены лопасти ветряка. Тщательно измерьте расстояние от оси до каждой лопасти. Оно должно быть равным. После сбора ротора покройте его масляной краской.

Изготовление станины изучите по схеме (см. рисунок). Здесь ничего сложного нет. Чтобы она была устойчива при любом напоре ветра, желательно все четыре точки соприкосновения с поверхностью залить бетоном.

При ветре до 10 м/сек и при использовании автомобильного генератора такая установка будет давать мощность 800 ватт. Не забывайте снабдить ветрогенератор мощным аккумулятором, что даст возможность более длительное время пользоваться энергией при полном безветрии.

Поскольку электростанция предназначена для работы у поверхности, значит важно выбрать место для её расположения. Оно должно быть открытым, возвышенным, ничто не должно препятствовать движению воздуха в радиусе 40-50 метров от установки.

Не гоняйтесь за призраками

Время подошло поговорить о самых выгодных генераторах, которые можно применять в ветровой энергетике. В этом разделе речь пойдёт о применении асинхронного двигателя в электростанции.

Само понятие – асинхронный означает «не совпадающий», «неодновременный». Почему получили такое название некоторые электродвигатели? Потому, что у них вращение ротора не совпадает с вращением магнитного поля статора. С помощью ветра вращается ротор генератора, при несовпадении полей образуется электроэнергия. Вот и весь принцип работы асинхронного двигателя.

Специалисты связывают минимальные затраты и высокую производительность именно с применением в ветроэнергетике асинхронных двигателей в качестве ветрогенератора. Если их сравнивать с обычными генераторами, то асинхронные двигатели намного легче, мощнее и дешевле. Им не нужен дополнительный источник питания, у них отсутствуют электрические щётки, которые часто надо менять в генераторах, работающих на постоянных магнитах.

Каков принцип работы асинхронного двигателя? Когда ротор начинает двигаться под влиянием ветра, магнитное поле воздействует на какую-либо обмотку статора. К каждому из них подключен конденсатор. Появляется еле заметный ток, заряжающий один из конденсаторов. Поскольку фаза напряжения конденсатора отстаёт, на роторе образуется магнитное поле. В свою очередь оно действует на другую обмотку, через которую её конденсатор ещё сильнее заряжается. Ротор входит в полное насыщение – ток пошёл по назначению.

На что способен ветрогенератор с применением асинхронного двигателя? При ветре 5 м/сек его мощность составляет 4000 ватт. Мощность генератора 2000 ватт. Напряжение при выходе 220 в. Если будем использовать электродвигатель на 720 об/мин, то при указанной ветровой скорости, можно получать устойчивый переменный ток постоянной частоты до 60 гц.

Такой ветрогенератор по своим преимуществам далеко ушёл от своих собратьев, работающих на постоянных магнитах. Перечислим их:

• простота обслуживания, финансовая и техническая доступность;
• большой срок безремонтной эксплуатации;
• способность давать устойчивый переменный ток;
• относительно высокая мощность при низкой себестоимости.

И последняя информация на эту тему. Какому генератору отдать предпочтение при установке ветровой электростанции – синхронному, или асинхронному? Мы скажем о их различии, а вам выбирать.

Главнейшее преимущество синхронных генераторов – устойчивая стабильность напряжения, а недостаток – наличие щёток, которые время от времени требуют замены. Асинхронный довольно простой в эксплуатации, не подвержен коротким замыканиям.

Так стоит ли гоняться за призраками, выдумывать велосипеды в стиле луноходов, когда есть испытанный асинхронный двигатель, который легко сделать самому из любого автомобильного генератора и успешно применить его в изготовлении ветряной электростанции. Почему из автомобильного? Он бывает довольно мощным, выносливым, неприхотливым. Имеет удобный шкив для ремня с клинообразным профилем, что предотвращает от соскальзывания.

Автомобильный генератор – отличный агрегат для приспособления его к работе ветряка. Его нетрудно найти в любом гараже, автосервисе, да и в магазине он стоит дешевле.

Для умельцев с богатым опытом есть над чем подумать, чтобы превратить автомобильный синхронный генератор в асинхронный и применить его для ветряной электростанции.

В.Ильин

Мощность генератора надо согласовывать с размерами ветроколеса: