Как сделать рабочую модель ветрогенератора из картона

Обновлено: 03.07.2024

Добрый день! Очень понравилась идея! Хотим повторить. можно нам поподробнее написать написать какой мотор, пропеллеры, аккумулятор и где все это можно приобрести. Если быстро ответите буду очень вам признательна)

А можешь написать все нужные материалы, чтобы это сделать. Чтобы сразу все это купить, что надо

Хочу повторить данный проект (лучший из того что видел), но нигде не могу найти пропеллер для мотора

А вы не знаете как эта схема которая с аккумулятором называется? Иди как её найти?

Управление образования администрации г. Оренбурга

Муниципальное автономное учреждение дополнительного образования

Муниципальное общеобразовательное автономное учреждение

ветроэнергетика – экологичная отрасль будущего:

ПРОЕКТ Ветрогенератора в домашних условиях

Кислова Екатерина, 6 класс

Научный руководитель:

Мишучков Андрей Александрович,

Понятие и история ветрогенераторов .…………………..4

Принцип работы ветрогенератора……………………….9

Сборка ветряного генератора в домашних условиях…..12

Цель: изучить отрасль ветроэнергетику и принцип работы ветрогенератора, сделать тестовую рабочую модель ветрогенератора из подручных материалов в домашних условиях.

Объект исследования: оборудование для получения электроэнергии из энергии ветра.

Предмет исследования: ветрогенератор в домашних условиях

- изучить способы получения ветроэлектроэнергии и рассмотреть возможности их применения в мире;

- рассмотреть понятие и историю ветрогенераторов;

- раскрыть принцип работы ветрогенератора;

- произвести сборку и испытание ветряного генератора в домашних условиях.

Методы и этапы исследования: 1. Сбор информации (июль – август 2020 г.) 2. Анализ и обобщение сведений о ветрогенераторе, его сборка (сентябрь – декабрь 2020г.) 3.Систематизация и написание учебной работы, ее оформление (январь-февраль 2021 г.).

Понятие и история ветрогенераторов.

Ветровая турбина как преобразователь энергии ветра является сложным техническим устройством, которое преобразует воздушную поток кинетической энергии в электрическую энергию.

Haliade-X от GE Wind Energy - самая мощная ветряная турбина в мире, ее мощность составляет 12 МВт. Она также самая высокая, с высотой ступицы 150 м и общей высотой 260 м. Она также имеет самый большой ротор 220 м и самую большую площадь очистки 38000 м 2. Она также является рекордсменом по максимальной производительности за 24 часа - 312 МВтч.

Первой ветряной турбиной, вырабатывающей электричество, была машина для зарядки аккумуляторов, установленная в июле 1887 года шотландским академиком Джеймсом Блайтом для освещения своего дома отдыха в Мэрикирке (Шотландия). Спустя несколько месяцев американский изобретатель Чарльз Ф. Браш смог построить первую ветряную турбину. Она была высотой 60 футов (18 м), весила 4 тонны и приводила в действие генератор мощностью 12 кВт .

К 1900 году в Дании насчитывалось около 2500 ветряных мельниц для различных механических работ, таких как насосы и мельницы, суммарная мощность которых оценивалась примерно в 30 МВт . Самые большие машины располагались на 24-метровых башнях с четырехлопастными роторами диаметром 23 метра (75 футов). Во время Первой мировой войны американские производители ветряных мельниц производили сто тысяч ветряных мельниц на фермах каждый год, в основном для перекачивания воды. В то время высокопрочная сталь была дешевой, а генераторы размещались на сборных открытых стальных решетчатых башнях.

2. Принцип работы ветрогенератора

В основу работы ветрогенератора положена трансформация кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электроэнергию. Соответственно, закон Беца дает максимально достижимое извлечение энергии ветра ветряной турбиной как 16/27 (59,3%) скорости, с которой кинетическая энергия воздуха достигает турбины.

Эффективность ветра по отношению к ротору (включая трение и сопротивление лопастей ротора ) является одним из факторов, влияющих на окончательную цену энергии ветра. Другие факторы неэффективности, такие как потери в редукторе, потери в генераторе и преобразователе, уменьшают мощность, выдаваемую ветряной турбиной. Чтобы защитить компоненты от чрезмерного износа, извлекаемая мощность поддерживается постоянной выше номинальной рабочей скорости, так как теоретическая мощность увеличивается пропорционально кубической скорости ветра, что еще больше снижает теоретический КПД (75%).

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

Ветряные турбины могут вращаться вокруг горизонтальной или вертикальной оси, причем первые являются более старыми и более распространенными. Они также могут иметь лопасти или быть без лопастей. Вертикальные конструкции производят меньше энергии и встречаются реже. Турбины, используемые в ветряных электростанциях для промышленного производства электроэнергии, обычно трехлопастные. У них низкая пульсация крутящего момента , что способствует хорошей надежности. Лопасти обычно окрашены в белый цвет для обеспечения видимости самолетов в дневное время и имеют длину от 20 до 80 метров (от 66 до 262 футов). Размер и высота турбин с каждым годом увеличиваются. Сегодня морские ветряные турбины производятся мощностью до 8 МВт и имеют длину лопастей до 80 метров (260 футов).

Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электрическую. Обычные турбины с горизонтальной осью можно разделить на три компонента:

Ротор, который составляет примерно 20% стоимости ветряной турбины, включает в себя лопасти для преобразования энергии ветра в энергию вращения с низкой скоростью.

Генератор, который составляет примерно 34% стоимости ветряной турбины, включает в себя электрический генератор, редуктор, привод с регулируемой скоростью для] бесступенчатой трансмиссии и преобразования низкоскоростного входящего вращения в высокоскоростное вращение, подходящее для выработки электроэнергии.

Окружающая конструкция, которая составляет примерно 15% стоимости ветряной турбины, включает в себя башню и механизм ротора.

С теорией работы ветрогенератора и его промышленного строения мы разобрались. Попробуем перейти к практической стороне создания генератора.

Сборка ветряного генератора в домашних условиях.

Воспользуемся знанием того, что переменное магнитное поле генерирует электроэнергию, то есть нам нужно создать такое устройство, которое будет, вращаясь от движения ветра, приводить во вращение, например, диск с магнитами, которые и создают переменное магнитное поле. Мы решили собрать в домашних условиях два действующих макета ветрогенератора. Один из них лопастной с горизонтальной осью (совпадающей с направлением ветра), а второй с вертикально расположенными лопастями и осью вращения перпендикулярной вращению ветра.

В ходе работы были созданы два действующих макета ветрогенератора, были сделаны выводы относительно целесообразности его использования. Мы разобрали, что данный метод получения энергии действительно использует только возобновляемые ресурсы, не используя топливо.

Можно сделать вывод, что целесообразно использовать ветрогенератор в масштабах общей энергосистемы, где есть постоянные потребители электроэнергии, где есть системы, отслеживающие баланс между потреблением электроэнергии и ее производством, то есть пока энергии, получаемой станцией с ветрогенераторами хватает, работают они и другие источники альтернативной электроэнергии (например, солнечной), как только не хватает, то подключаются, например, теплоэлектростанции, не зависящие от природных условий и наоборот.

В нашей работе мы смогли рассмотреть возможные альтернативные источники энергии на сегодня, которые уже не из области фантастики, а построены и применимы. Мы справились со своей целью собрать тестовую модель ветрогенераторов двух видов, и ответили на вопрос о возможности и рентабельности использования таких кустарных установок для одного небольшого частного дома. Использование оказалось возможным и даже вероятна некоторая экономия, при условии освещения дома с помощью ветрогенератора, при этом самой дорогой частью ветрогенератора оказывается аккумулятор.

Лукутин В.Б. Возобновляемые источники электроэнергии: учебное пособие/ В.Б.Лукутин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 187 с.

Ветроэнергетика. Технико-экономическое обоснование эффективности применения ветрогенераторов : монография / Конюхов В.Ю., Семенов В. В., Чемезов А. В. [и др.] ; - Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018. - 168 с.

Пестриков В. М. Современный дачный электрик : электричество в загородном доме, обогрев жилища, водоснабжение дома, садовая электротехника / В. Пестриков. - Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2011. - 465 с.

Моренко К. С. Двухроторный ветрогенератор с управляемым углом атаки лопасти : монография / К. С. Моренко, С. А. Моренко, Г. В. Степанчук ; - Зерноград : Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО Донской ГАУ, 2019. - 184 с.

Миронова Ю. А. Выбор ветрогенераторов с учетом особенностей районов Оренбургской области// Шаг в науку. № 3. - 2020. – С. 34-40.

Кашкаров А. П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции / A. П. Кашкаров. - Москва : ДМК Пресс, 2011. - 144 с.

Тарифы на услуги электроэнергии с каждым годом только растут, что заставляет хозяев частных домов задумываться об альтернативных источниках питания. Тщательно изучив устройство и принцип работы ветрогенератора, можно с уверенностью сказать, что это приспособление будет практичным в хозяйстве.

Идеальным местом для монтажа специалисты считают те районы, где регулярно дуют ветра, ведь агрегат использует силу потока воздуха для выработки электричества.

Создать некоторые экземпляры получится самостоятельно, чтобы сэкономить бюджет семьи и сконструировать действенное приспособление следует придерживаться инструкции. Во время процесса энергия может сразу поступать к потребителю или накапливаться в аккумуляторе, что довольно удобно в быту.

Содержимое обзора

Неоспоримая польза ветрогенератора

После просмотра многочисленных фото самодельного ветрогенератора, интересующиеся работой личности сталкиваются с вопросом, а насколько практичным будет стационарная установка.

Конструкция способна выступать в роли дополнительного и постоянного источника электроэнергии.

Благодаря функционированию устройства, получится эксплуатировать такие приборы как:

Лампы.
Отопительное оборудование.
Бытовую технику.
Бойлеры.

Отлично зарекомендовали себя схемы, которые предполагают наличие аккумулятора, в нем накапливается ресурс, если необходимости снабжения постройки на данный момент нет.

Важно! Для реализации качественного обогрева всей площади постройки достаточно создать конструкцию с показателем мощности в 4 кВт.

Выбор генератора

Прежде чем переходить к непосредственным работам по конструированию модели с учетом пошаговой инструкции, как сделать ветрогенератор, потребуется определиться с основным движущим элементом.

Сердце всей системы можно выбрать на свое усмотрение, не исключаются такие детали как:

Тракторный генератор.
Составляющая от ПК или ЭВМ.
Мотор от дворников автомобиля.
Элементы от старой стиральной машины.

При желании можно купить заводскую модель в специализированном магазине, но максимально сэкономить бюджет семьи без подручных материалов не получится.

Подготовка каркаса

В конструкцию ветрогенераторов входят крутящие детали, взглянув на них со стороны, можно заметить сходство сборного элемента с ветряной мельницей.

Для создания лопастей применяют несколько типов материалов, нужно выбрать самый долговечный и удобный для совершения манипуляций тип жесткости.

Из доступных каждому хозяину составляющих стоит выделить:

При рассмотрении будущих размеров модели, собираемой самостоятельно, нужно также учесть силу ветра в регионе проживания, количество лопастей, высоту монтажных креплений.

Изготовление мачты

Чтобы поднять и зафиксировать основную конструкцию на определенное место, потребуется создать устойчивую мачту.

Для ее изготовления зачастую используют металлическую трубу, швеллер или уголки.

Деревянные элементы не смогут прослужить достаточно долго даже после обработки поверхности деталей специальными жидкостями, прочность также будет низкой.
Сваривать заготовки на стадии монтажа необязательно, ведь специального оборудования для этих целей может не найтись.
Зачастую все детали каркаса собираются при помощи гаек и болтов, а также других не менее практичных крепежей.

Инструмент для процесса

При выборе самого прочного и долговечного материала, такого как металл, необходимо побеспокоиться о средствах индивидуальной защиты, перчатки, защитные очки и одежда с длинными рукавами будут незаменимы.

Во время резки заготовок электроинструментом лучше надежно закреплять куски металла в тисках, мелкие элементы стоит подгонять специальными ножницами, чтобы изделие выглядело аккуратно. Отвертки, ключи, рулетка, угольник и маркер подготавливаются заранее, чтобы приступив к реализации задуманного меньше отвлекаться от процесса.

Модель из автомобильного генератора

Существует несколько принципиально важных моментов, касающихся сборки подобного типа приспособления. Чтобы добиться хорошей эффективности устройства, нужно переделать генератор и оснастить его постоянными магнитами.

Движущие элементы следует создавать с учетом мощности мотора, если заготовки будут очень тяжелыми, то на малых оборота ветрогенератор может заклинивать. Для конструирования лопастей отлично подойдет труба большого диаметра из дюраля, этот материал отличается высокими показателями долговечности.

Крепеж должен быть максимально надежным, дело касается не только стягивающих составляющих, но и стоек, их жесткость подгоняется соответственно нагрузке приспособления.

Совет! Без предварительной балансировки лопастей обойтись трудно, для облегчения некоторых частей конструкции можно использовать наждачную бумагу или болгарку со шлифовальным кругом.

Изготовление ветряка: важные моменты

Самодельный ветрогенератор – устройство сравнительно простое. Но перед началом работ важно обратить внимание на ряд моментов:

высота мачты;
уровень создаваемого шума;
электромагнитные помехи.

Следует знать: существует широкий перечень ограничений, связанных с высотой возводимых зданий, сооружений. Например, рядом с аэропортами, мостами, некоторыми иными объектами городской инфраструктуры запрещено устанавливать мачты выше 15 метров. Предварительная юридическая консультация, общение с административными органами помогут избежать вопросов со стороны контролирующих организаций.

Сделанный своими руками ветряк нередко создает посторонние звуки. Они могут доставлять неудобства – особенно в ночное время. Нередко посторонние звуки служат причиной серьезных конфликтов между соседями. Перед началом эксплуатации желательно измерить уровень шума специальным прибором. Установленные законодательством нормативы:

менее 70 дБ – днем;
менее 60 дБ – ночью.

Электрический ток создается движением заряженных частиц обмотки статора. Подобные процессы иногда создают телепомехи. Важно предусмотреть экранирование. Разобраться, как сделать ветряк своими руками и снабдить его экраном, сравнительно просто.

Разновидности генераторов: преимущества и недостатки

Перед тем как собрать ветрогенератор своими руками следует изучить преимущества, недостатки разных типов. Наиболее популярны следующие виды:

Среди вертикальных выделяют подкатегории:

генераторы Савониуса – характеризуются постоянной угловой скоростью (КПД составляет 30%);

ротор Дарье (простая сборка, но присутствуют сильные вибрации);

Геликоидный ротор – характеризуется равномерностью вращения вала (благодаря закрученным равномерно лопастям);
многолопастной ротор – имеет центральную ось, чувствителен даже к небольшому ветру;

ортогональный – выделяется нестандартным дизайном, вырабатывает энергию при силе ветре 0.7 м/с.

Основные преимущества вертикального типа:

не требуется настраивать – потоки ветра не играют роли;
возможна установка ниже 4 метров – обслуживание не доставляет серьезных проблем;
уровень шума редко превышает 40 дБ.

Единственный минус – сравнительно малый КПД. Причина проста – низкая скорость вращения ротора. Вертикальный ветрогенератор своими руками собрать, обслуживать несколько проще. Горизонтальные (крыльчатые) – обычно снабжаются несколькими лопастями. Потому вертикальная разновидность отличается большим КПД.

Единственный минус – необходимо постоянно настраивать расположение, определять направление ветрового потока. Подобная особенность несколько снижает производительность. Ветрогенераторы для частного дома своими руками , изготавливаемые подобным способом, делятся на группы:

Существуют гибридные модификации. Изготовить самостоятельно, в домашних условиях, подобные затруднительно.

Мощность ветрогенератора

Предварительно нужно рассчитать нагрузку: какая мощность потребуется? Условно потребительские мощности можно разделить на 3 основные категории:

до 1 кВт;
1-3 кВт;
более 5 кВт.

Первый вариант можно изготовить без стабилизирующего элемента выравнивающего напряжение питания. Как базовый компонент больше всего подходит:

автомобильный генератор;
двигатель стиральной машины.

Оптимальный выбор – автомобильный статор. На доработку уходит минимум времени. Достаточно перемотать катушку: необходимо большее количество витков. Электродвигатели от стиральных машин нужно снабдить мощными магнитами (используются для возбуждения обмотки). Такой мощности устройства применяются для освещения, подключения электрических водяных насосов.

Установки мощностью 1-3 кВт позволят обеспечить бесперебойную работу бытовой техники: стиральной машины, холодильника. Устройство аналогично менее мощным модификациям. Может также использоваться электродвигатель стиральной машины. Сборка устройства мощностью более 3 кВт требует большого количества деталей. Оптимальный выбор – приобретение готового мощного электродвигателя. Требуется минимальная доработка. По необходимости устанавливается дополнительно стабилизатор тока, трансформатор напряжения.

Сделать самому или купить?

Стоимость установок генерирования электрического тока напрямую зависит от вырабатываемой мощности. Установка Condor Home, рассчитанная на мощность 9 м/с, вырабатывающая 0.5 кВт, обойдется в 90 тыс. рублей. Модель, вырабатывающая 2 кВт – 150 тыс. рублей. 5 кВт – почти 300 тыс. рублей. Учитывая трудозатраты, стоимость всех компонентов самодельный ветряк обойдется дешевле.

Какие нужны комплектующие?

Прежде чем приступить к изготовлению ветрогенератора своими руками в домашних условиях следует подготовить все необходимые детали. Стандартный перечень включает:

лопасти – бывают разных типов (выбор вида зависит от направления, скорости ветра);
редуктор – позволяет самостоятельно регулировать скорость вращения вала;
кожух – экранирует помехи, защитит электронику, иные составные части (влага, насекомые могут повредить устройство);
аккумулятор – накапливает энергию, устанавливать не обязательно;
инвертор – трансформирует электрическое напряжение;
штанга (мачта) – позволяет приподнять лопасти над уровнем земли.

Подбор подходящих перечисленных выше компонентов занимает много времени. Собрать необходимые детали желательно заранее. Хороший выбор – двигатель стиральной машины.

Дополнительно нужно приобрести неодиммовые магниты. Готовый магнитный вал можно купить в магазине (цена колеблется в пределах 2.5-3 тыс. рублей). Стоимость мощных магнитов сопоставима по цене с новым ротором. Возможно, имеет смысл приобрести готовую деталь – сэкономив время, деньги. Самостоятельное изготовление вала, возбуждающего обмотку статора – процедура сложная, требующая много времени, знаний. Требуется выполнить электротехнический расчет, надежно зафиксировать компоненты.

Допущение ошибок приведет к невозможности эффективной работы. Самостоятельная сборка возможна по типовому шаблону. Самостоятельно нарисовать такой невозможно. Можно использовать специализированные чертежные программы. Например, AutoCAD, Compass. Напечатанный шаблон позволит соблюсти геометрию, избежать ошибок.

Помимо основных компонентов, клея потребуется инструмент. Перечень включает:

плоскогубцы;
дрель, шуруповерт;
отвертки (шлицевые, крестовые);
ножницы, канцелярский нож;
рулетка;
электрический лобзик;
клещи для снятия изоляции;
транспортир;
маркер – проставлять метки;
набор сверл, саморезы.

Сборка

Первый этап сборки ветрогенератора для дома своими руками – конструирование каркаса:

демонтируются сердечники ротора асинхронного двигателя, токарным станком срезается слой толщиной 0,2 см;
каждый сердечник снабжается пазом глубиной 0,5 см;
после завершения перечисленных этапов устанавливаются неодимовые компоненты – должны располагаться на равном удалении друг от друга.

Лопасти

Изготовление лопастей – один из самых сложных этапов. Тип крыла определяется заранее. Использовать можно материалы:

поливинилхлорид – это канализационные трубы различного диаметра;
алюминий – прочный, легкий;
стекловолокно – используется профессионалами.

Сантехнические магазины предлагают широкий выбор ПВХ труб – они отличаются диаметром, длиной, другими параметрами. Лучше подходят оранжевые (хорошо держат форму, прочнее своих серых аналогов). Важное преимущество – низкая стоимость. Такое решение подходит начинающим.

Алюминий – материал прочный, легкий. Используется в авиастроении, идеальное решение. Минусом является высокая стоимость. Обрабатывать подобный материал сложно, требуются специальный инструмент и определенные навыки. Оснастив ветряк алюминиевыми лопастями можно навсегда забыть об обслуживании винта.

Стеклоткань – прочный, почти невесомый материал. Обработка его требует большого опыта, навыков. Не подойдет изготавливающим домашний ветрогенератор своими руками впервые. Помимо рулонов стеклоткани потребуется подготовить большое количество эпоксидной смолы. Клей такого типа позволяет закрепить слои. Вырезание лопастей требует формирования матрицы. Она придает будущей лопасти форму.

Самостоятельно разработать форму лопасти сложно. Требуются познания в аэродинамике, физике, иных науках. Хорошее решение – использовать уже готовые решения. Например, трубы ПВХ диаметром 20 см.

Флюгер

Основа флюгерного типа позволит автоматически регулировать направление. Применяется деревянный брус длиной >60 см. Важно ответственно подойти к выбору древесины. Желательно использовать твердые породы. Например, дуб, лиственницу. Предварительно, перед монтажом, порода должна обрабатываться септиком, другими составами предотвращающими разрушение материала.

Основа служит для крепления:

хвоста;
генератора (двигателя стиральной машины).

Укрепить конструкцию можно хомутами, дополнительными брусьями. Нижняя часть используется для крепления фланца. Располагается такой на трубчатом отводе. Если масса флюгера невелика – подойдет мебельный фланец. Штанга весом более 10 кг должны снабжаться сантехническими аналогами. Диаметром более 20 см. Неподалеку от точки крепления требуется сделать отверстие – оно необходимо для прокладки кабеля. Диметр – 10-20 см. Электрический провод позволяет соединить статор с накопителем энергии, потребителем.

Основание и мачта

После завершения изготовления флюгера можно приступать к сборке опорной мачты. Оптимальная высота для домашнего использования – 6-8 метров. Желательно использовать трубу диаметром больше 5 см. Изготовление опоры – важный этап. Прочность соединений, диаметр влияют на устойчивость. Материал изготовления опоры:

толстая листовая фанера – толщиной 2 см;
стальной лист нержавейки толщиной 3.5 мм.

При использовании фанеры нужно ориентироваться на диаметр 700 мм. Крепление выполняется болтами. Необходимо сделать каждые 25 мм отверстия диаметром 12 мм. Таким способом выполняется штыревое крепление. Хорошее решение – использовать сантехнические фитинги:

Детали обходятся дешево, просто соединяются. Благодаря эффекту шарнира выполняется подъем, спуск мачты. Муфта-тройник – снабжается центральным отводом. Она необходима для крепежа штанги. Можно воспользоваться подшипниками (обеспечивают вращение). Подобная конструкция гораздо сложнее. Требует наличия сварочного инвертора. Если высота более 7 метров – понадобятся растяжки. Они фиксируют конструкцию, позволяют избежать падения.

Мотор

Хорошее решение – использовать асинхронный двигатель. Большое количество зубов, полюсов будет серьезным преимуществом. Например, мотор 1.5 кВт снабжается 36 зубцами, четырехполюсной обмоткой, тонким проводом.

Снизить напряжение до 50 В, поднять силу тока можно путем перемотки проводником большей толщины. 4 полюса заменяются трехфазной 12-ти полюсной обмоткой.

Ротор должен быть выточен под высоту имеющихся магнитов. При использовании асинхронного двигателя комфортное решение – неодимовые магниты шайбовидного типа размером 18×10 мм. Избежать залипания можно путем наматывания скотча. Магниты должны заливаться эпоксидной смолой.