Переделка автомобильного генератора в ветряк
Тема “зеленой энергетики» (получение электроэнергии от экологически чистых источников) последние годы вызывает все больший интерес. В личном хозяйстве помимо экологии значение имеет выработка электроэнергии с наименьшими затратами (лучше совсем бесплатно). Один из путей, сочетающих в себе обе темы – применение ветрогенератора.
Принцип работы и схемотехника
Вариант приобретения промышленного ветряка предусматривает высокие инвестиционные затраты на покупку, монтаж, пусконаладку оборудования. Но если сделать такое устройство своими руками, то вложения можно радикально снизить. И все же собственно генератор в любом случае стоит достаточно дорого. Значительно сэкономить можно посредством применения автомобильного генератора – нового или бывшего в употреблении.
Этому устройству все равно, что служит приводом – автомобильный двигатель или лопасти ветряка. Это позволяет применить его в составе самодельной ветровой энергоустановки. Для этого его надо оснастить крыльчаткой, которая будет создавать вращающий момент, используя энергию ветра.
Одна из проблем, возникающих при эксплуатации таких установок – ветер потребной силы будет не всегда. Поэтому нужен буферный элемент, который будет запасать электроэнергию, а в нужное время ее отдавать. Удобнее всего использовать в этом качестве автомобильный аккумулятор. Он подходит под напряжение генератора (12 или 24 вольта), но для питания бытовых приборов малопригоден (в лучшем случае для освещения, если применить лампы на соответствующее напряжение). Поэтому в схему электроснабжения добавляется еще один элемент — инвертор-преобразователь 12VDC/220VAC. Его мощность выбирается в соответствии с мощностью генератора. Инвертор стоит недешево, он в наибольшей степени будет определять стоимость установки. Можно обойтись без него, но круг запитываемых потребителей резко сократится, и качество электроэнергии будет зависеть от уровня заряженности аккумулятора. Исходя из этих аргументов, складывается схема электроснабжения объекта от ветрогенератора.
Лучше предусмотреть вход для подключения резерва от внешнего электроснабжения. Он необходим на время простоя ветряка на время ремонта или безветренной погоды.
В глобальном подходе можно не устанавливать и аккумулятор. Условия его эксплуатации неоптимальны, генератор не всегда будет обеспечивать нужный режим подзаряда. Но без него установка будет работать только при наличии ветра достаточной силы.
Выбор генератора и необходимый инструмент
В первую очередь генератор выбирается по потребной мощности. В каждом случае нужные характеристики подбираются индивидуально, но если нужен мощный источник, лучше выбирать на напряжение 24 вольт. При сравнимых массогабаритных показателях при том же токе он будет отдавать большую мощность, чем 12-вольтовый.
При выборе источника электроэнергии надо учитывать, что от мощности потребления зависит еще и емкость буферного аккумулятора, а чем он более емкий, тем больший ему понадобится зарядный ток.
Перечень используемого инструмента зависит от набора имеющихся деталей и узлов, но в большинстве случаев не обойтись без:
- углошлифовальной машинки («болгарки»);
- маркера и угольника для разметки заготовок;
- шуруповерта и метизов;
- электрической дрели с набором сверл;
- набора ключей и отверток;
- мультиметра для проверки работоспособности электрической части.
Остальные инструменты подбираются по ходу работ.
Процесс сборки ветрогенератора
В первую очередь надо продумать место установки мачты с ветряком. Вращающийся узел должен минимум на метр быть выше самого высокого предмета, расположенного в непосредственной близости. Отсюда выбирается высота мачты. Ее можно изготовить из алюминиевых труб, но подойдут и стальные водопроводные. Из труб различного диаметра можно составить телескопическую мачту необходимой длины. Во избежание падения, ее надо оснастить растяжками из расчета один ярус на 3-4 метра высоты .
Следующий вопрос, который придется решить – схема возбуждения генератора. Так как в состав системы электроснабжения входит автомобильный аккумулятор, можно включить в схему регулятор напряжения и воспроизвести работу бортсети машины. На самом деле необходимости в этом нет. Задача ротора – создать вращающееся магнитное поле. Это можно сделать и другими способами. Один из путей:
- полностью удалить обмотку ротора;
- вместо нее подобрать или выточить ротор из немагнитного материала (алюминия и т.п.);
- плотно установит ротор на ось;
- установить по поверхности ротора 24 неодимовых магнита, чередуя полюса, закрепляя их эпоксидным клеем.
Другая задача, которую придется решать, это работа ветроустановки при низких оборотах. Чаще всего ветер не будет настолько силен, чтобы обеспечивать достаточную частоту вращения пропеллера, а это означает недобор мощности. Один из путей решения проблемы – установка «повышающего» редуктора (мультипликатора). Этот способ несложен, но тянет за собой утяжеление конструкции и снижение ее надежности.
Второй способ требует навыков и затрат для переделки генератора. Он состоит в перемотке обмотки статора. Старую обмотку надо удалить, на ее место намотать новую. Так как витков должно быть больше, мотать надо проводом меньшего диаметра.
При выборе диаметра провода (он должен быть в лаковой изоляции) надо помнить, что снижение сечения ведет к снижению наибольшего допустимого тока. Излишне уменьшать диаметр в погоне за токоотдачей нельзя.
Если будущего владельца ветроустановки устраивает, что его ветряк будет работать при скорости ветра от 7..8 м/с, генератор можно не переделывать.
Теперь надо решить вопрос с пропеллером. Самый простой способ – подобрать готовый узел. Можно взять, например, колесо с лопастями от выносного блока кондиционера. Из коллективного опыта эксплуатации известно, что длина лопасти не должна быть меньше 70 см. Если меньше – вращающий момент может быть недостаточен для проворота вала генератора.
Если готового пропеллера нет, можно сделать его самостоятельно. Сначала желательно произвести расчет – для этого можно воспользоваться калькуляторами, размещенными в сети или инженерными справочниками. Другой вариант – взять готовые чертежи проверенных конструкций. Изготовить узел можно из пластика или легкого сплава (на основе алюминия). В качестве примера приведен чертеж лопасти, которую можно изготовить из пластиковой или алюминиевой трубы. Собранный узел пропеллера надо отбалансировать установкой дополнительных грузов или удалением части массы (высверливанием балансировочных отверстий). Правильно отбалансированный пропеллер при свободной установке на валу не занимает никакого предпочтительного положения.
Механическая часть собирается на площадке, которая в дальнейшем должна поворачиваться по направлению ветра. Для ее крепления к мачте надо предусмотреть поворотный узел.
Для ориентации по воздушному потоку предусматривается широкая лопасть. Ее можно использовать в качестве площадки для крепления легких элементов.
Защита от бури
Иногда сила ветра будет превышать уровень, на который рассчитана прочность энергетической установки. Могут сломаться лопасти крыльчатки, может развернуться поворотная площадка, что приведет к наматыванию силового кабеля и к его обрыву. Для борьбы с первой проблемой можно применить крыльчатку с лопастями на пружинах. Для того, чтобы избежать второй беды, надо установить ограничители вращения флюгера, сужающие угол его поворота.
При сильном ветре будут полезны тормоза различной конструкции (механические и электрические), снижающие скорость вращения. Они значительно усложняют энергоустановку, но повышают надежность работы.
Рекомендации по эксплуатации
Во время эксплуатации вращающийся агрегат надо периодически осматривать и проводить профилактические работы:
- осмотр;
- очистку от грязи;
- протяжку болтовых соединений;
- другие работы.
Конструкция мачты должна предусматривать опускание ветроустановки в ремонтное положение или обеспечивать подъем техника к вращающемуся узлу. Об этом надо подумать еще на этапе проектирования. Если на мачте выполняются сварочные работы, генератор надо отключить, а лучше демонтировать. Блуждающие токи, возникающие при сварке, могут размагнитить ротор.
Впервые изготовленный ветрогенератор из автомобильного генератора редко сразу устраивает своего владельца. То мощности не хватает, то работает только при сильном ветре, то аккумулятор плохо выполняет роль буфера. В большинстве случаев после сборки и начальной эксплуатации самодельщик учитывает ошибки и собирает следующую конструкцию, опираясь на предыдущий опыт.
Создание ветрогенератора из автомобильного генератора: преимущества, недостатки, инструкция по сборке и установке
Генератор является таким же основным элементом ветряка, как и крыльчатка. Если лопасти рабочего колеса преобразуют энергию ветра во вращательное движение, то генератор вращение превращает в электроэнергию. Его конструкция и возможности определяют производительность и мощность установки, способность работы на слабых потоках ветра.
При изготовлении ветряков вопрос об использовании самодельного или готового генератора встает практически всегда. Чаще всего к решению подходят комбинированным способом — используют готовый автомобильный генератор, иногда без конструктивных изменений, но чаще всего — с некоторыми доработками, повышающими чувствительность или выходную мощность.
Автомобильные генераторы представляют собой готовые устройства, созданные для выработки электрического тока заданного напряжения. Оно постоянно на выходе, что обеспечивает стабилизатор (регулятор) напряжения, удерживающий значения в узких рамках. Единственная особенность, требующая вмешательства, это режим работы — автомобильные генераторы приводятся от двигателя и работают на больших скоростях.
Причем, скорость вращения двигателя автомобиля не постоянна, она меняется на протяжении всего времени работы в значительных пределах — от 800 об/мин до 6000 об/мин, а иногда и больше. Кроме того, автомобильный генератор имеет предел по силе тока, превысить который устройство не сможет ни при каких обстоятельствах.
КПД автогенераторов не превышает 60%, что объясняется наличием потерь в конструкционных узлах, расходом энергии на токи Фуко. Чем выше общая мощность устройства, тем выше его КПД. Производится переменный ток, который преобразуется в постоянный при помощи диодного выпрямителя.
Преимущества и недостатки
Использование автомобильного генератора как элемента ветроэлектростанции дает существенные преимущества:
- Имеется готовый генератор, который может использоваться без вмешательства в конструкцию или с некоторой модернизацией.
- Автомобильный генератор выдает стабильное напряжение, что важно для ветряков с их постоянно меняющейся скоростью вращения.
- Используется стандартное оборудование, доступное и не нуждающееся во вмешательстве в конструкцию.
- Автомобильные генераторы широко распространены, что делает их ремонтопригодными и доступными для замены при необходимости.
Наряду с достоинствами имеются и некоторые недостатки:
- Автомобильный генератор нуждается в высокой скорости вращения, что требует использования повышающего редуктора или изменений в конструкции устройства.
- Ресурс автомобильного генератора ограничен примерно 4000 часами работы (в среднем). Даже новый генератор не выдержит и года непрерывной работы и потребует ремонта.
- Система возбуждения некоторых генераторов требует подачи напряжения на катушку, что вынуждает изменять конструкцию и устанавливать постоянные магниты.
Несмотря на имеющиеся недостатки, автомобильный генератор считается оптимальным вариантом, возможным при самостоятельном создании ветроэлектростанции.
Как сделать своими руками?
Изготовление ветрогенератора складывается из двух основных этапов:
- Создание вращающегося ротора с лопастями.
- Изготовление или модернизация генератора, приводимого во вращение крыльчаткой.
Изготовление крыльчатки требует отдельного подробного описания, так как существует масса вариантов конструкции, выбор наиболее подходящего из них требует определенных познаний и опыта.
Изготовление генератора своими руками требует четкого знания принципа работы устройства, обладания навыками, материалами и необходимыми инструментами. Для ускорения процесса и получения более качественного результата надо использовать готовое устройство, нуждающееся в небольших вмешательствах в конструкцию. Это поможет сэкономить время, усилия и получить устройство с заранее известными параметрами.
Обычным изменением, которое приходится вносить в конструкцию генератора, является установка постоянных неодимовых магнитов вместо обмотки возбуждения. Этот вариант создает возможность самовозбуждения и повышает производительность генератора, но нередко создает эффект залипания, затрудняющий старт вращения ротора.
Также часто изменяют число витков обмотки, индуцирующей ток. Таким образом повышается чувствительность устройства, создается возможность генерации тока на низких скоростях вращения. Примечательно, что все переделки производятся достаточно просто и не требуют глубокого вмешательства в конструкцию. Меняется количество витков и толщина провода обмотки.
Тихоходный генератор
Наиболее предпочтительна конструкция генератора, способного производить ток при малых оборотах. Скорость ветра в регионах России в большинстве средняя и низкая, создать номинальную скорость вращения для автомобильного генератора чрезвычайно сложно. Потребуется установка повышающего редуктора, который будет существенно уменьшать чувствительность.
Вариантов решения вопроса может быть несколько:
- Модернизация автомобильного генератора.
- Использование магнето в качестве основы для создания генератора.
- Создание быстроходного ротора, способного обеспечить необходимый режим работы генератора.
Первый вариант используется чаще всех в силу своей простоты и доступности, хотя изменения, вносимые в конструкцию, требуют использования производственного оборудования (токарный станок), приобретения супермагнитов (неодимовых) и изменения числа витков обмотки статора.
Применение магнето вызывает немало споров, хотя причиной для них становится неподготовленность. Конструкция магнето позволяет создать производительный и относительно тихоходный генератор, требуется лишь изменить параметры трансформатора на соответствующие режиму вращения имеющегося ветряка.
Изготовление быстроходных крыльчаток возможно при наличии естественных условий — наличие достаточно сильных и ровных ветров в регионе. Такое имеется не везде, в большинстве районов ветра слабые и имеют эпизодический характер.
Ветрогенератор из тракторного генератора Г-700
Тракторный генератор Г-700 имеет следующие номинальные параметры:
- Напряжение — 14 В.
- Сила тока — до 50 А.
- Скорость вращения — 5000 об/мин (номинальная), 6000 об/мин (максимальная).
Ротор ветряка не сможет обеспечить такую частоту вращения, поэтому потребуется перемотать обмотку статора для того, чтобы обеспечить нужную производительность при низкой скорости вращения. Для этого надо использовать более тонкий провод, чтобы увеличить число витков в катушках. Обычно используется провод толщиной 0,8 мм, число витков делается максимальным, сколько сможет вместить корпус статора. Обычно делается не менее 80 витков.
Катушка возбуждения также подлежит доработке. Обмотка перематывается таким же проводом, добавляется до 250 витков. В результате получается устройство практически с исходными параметрами, но способное работать на низких скоростях вращения.
После доработки генератор устанавливается на ротор ветряка, испытывается на производительность и чувствительность в рабочем режиме. При необходимости параметры обмоток могут быть изменены, оптимальный режим находится опытным путем на основании эксплуатационных показателей.
Ветряк из автогенератора от бычка
Неплохие результаты показывает автомобильный генератор от грузовика «Бычок». Понадобится перемотать обмотку статора проводом 0,6 мм (получено опытным путем), для трехфазной обмотки понадобится около 90 витков на каждую катушку, всего 18 шт.
Ротор генератора подлежит некоторой доработке — на токарном станке стачивается толщина (диаметр) для того, чтобы получить пространство под неодимовые магниты. Исследования показывают, что наилучший результат достигается при большом числе магнитов.
При этом, необходимо избегать сильного залипания, что можно регулировать увеличением расстояния от магнитов до сердечников статора. Имеется возможность добиться минимального залипания при максимальном выходном напряжении, что потребует некоторых затрат времени, по поможет получить оптимальных результатов.
Подготовленный генератор устанавливается на ветряк, присоединяется к крыльчатке и тестируется на практике.
Инструкция по сбору и установке
После перемотки или установки неодимовых магнитов генератор собирается обычным образом. Гайки на соединительных элементах надежно затягивают, исключая возможность расшатывания собранной конструкции. Провода качественно изолируют, по возможности помещают в гофрированную трубу. Снаружи корпус генератора неплохо защитить корпусом, в качестве которого можно использовать отрезок полипропиленовой трубы с заглушками, в которых проделаны соответствующие отверстия.
Монтаж устройства к ветряку производится согласно выбранной конструкции. Поскольку оптимальным способом является непосредственная установка крыльчатки на вал генератора, следует заранее предусмотреть способ крепления и изоляции от атмосферной влаги. В идеале вращающиеся части должны быть надежно закрыты от доступа внешнего воздуха, что предотвратит появление коррозии, обледенение, появление пылевых наносов.
Оптимальным способом монтажа принято считать фиксацию на опорной штанге при помощи хомутов. Такой вариант не нуждается в использовании крепежных болтов, опасных из-за возможности появления ржавчины и сложностей при ремонте. Проблемы, возникшие с хомутами, решить намного проще – их всегда можно срезать и заменить новыми.
Иногда приходится использовать соединительную муфту. Она устанавливается как переходный элемент с вала ротора ветряка на вал генератора, установленных соосно. Требуется точное соблюдение размеров и прочность крепления муфты, иначе передача вращения прекратится или будет происходить с большими потерями.
Источник https://zapitka.ru/masterskaya/vetrogenerator-svoimi-rukami-iz-avtomobilnogo-generatora
Источник https://energo.house/veter/vetrogenerator-iz-avtomobilnogo-generatora.html