Ветряной двигатель своими руками 7 класс технология

Обновлено: 04.07.2024

Не ко всем дачным посёлкам (особенно это относится к новостройкам) подведено электричество. Наличие собственного источника электроэнергии отчасти уменьшает неудобства от этого. Даже если электросеть имеется, то за городом возможны частые отключения и падение напряжения. А ещё можно немного сэкономить на собственном производстве электроэнергии. И просто интересно создать своими руками собственный ветрогенератор, избавляющий от энергетической зависимости.

Правовые аспекты установки ветряного электрогенератора

Ветрогенератор является необычной собственностью, обладание этим устройством связано с соблюдением определённых правил и законов. Если устройство устанавливается недалеко от мостов, аэропортов и тоннелей, то высота мачты не должна превышать 15 м. Уровень создаваемого шума не должен превышать 70 дБ днём и 60 дБ ночью. Необходима защита от создания телепомех. Экологические службы не должны предъявлять претензии по поводу создания препятствий для миграции перелётных птиц. Желательно перед началом строительства по каждому параметру провести юридическую консультацию и иметь официальные документы. Никакого налогообложения за производство электроэнергии для собственных бытовых нужд законами не предусмотрено.

Классификация ветровых электростанций для частного дома

В зависимости от расположения оси основного ротора в классификации имеются два типа устройств – вертикальный и горизонтальный. В устройствах вертикального типа ось турбины расположена вертикально по отношению к плоскости земли. Она может работать при небольшом ветре.

Идея сделать ветрогенератор своими руками, возникла, когда был получен земельный участок, где не подведено электричество.

На участке не было подведено электричество, и каждый решал эту проблему по своему, в основном за счет солнечных панелей и бензогенераторов.

Как только был построен домик, то первым делом надо было подумать о освещении, и была приобретена солнечная панель 120 ватт. Летом она хорошо работала, но зимой её эффективность сильно упала и в пасмурные дни она давала ток всего 0,3-0,5А/ч, это никак ни устраивало, так-как даже на свет еле хватало, а еще надо было питать ноутбук и другую мелкую электронику.

Поэтому было решено построить ветрогенератор в домашних условиях, чтобы использовать еще и энергию ветра.

Сначала было желание построить парусный ветрогенератор. Такой тип ветрогенераторов очень понравился, и после некоторого времени проведенного в интернете в голове и на компьютере накопилось много материалов по этим ветрогенераторам. Но строить парусный ветрогенератор довольно затратное дело, так-как такие ветрогенераторы маленькие не строят и диаметр винта для ветрогенератора такого типа должен быть как минимум метров пять.
Большой ветрогенератор не было возможности потянуть, но все-таки очень хотелось попробовать сделать ветрогенератор, хотя бы небольшой мощности, для зарядки аккумулятора. Горизонтальный пропеллерный ветрогенератор сразу отпал так-как они шумные, есть сложности с изготовлением токосьемных колец и защитой ветрогенератора от сильного ветра, а так-же трудно изготовить правильные лопасти.

Хотелось чего-то простого и тихоходного, посмотрев некоторые видеоролики в интернете очень понравились вертикальные ветрогенераторы типа Савониус.

По сути это аналоги разрезанной бочки, половинки которой раздвинуты в противоположные стороны. В поисках информации нашел более продвинутый вид этих ветрогенераторов — ротор Угринского.

Обычные Савониусы имеют очень маленький КИЭВ ( коэффициент использования энергии ветра), он обычно всего 10-20%, а ротор Угринского имеет более высокий КИЭВ за счет использования отражённой от лопастей энергии ветра.

Ниже наглядные картинки для понимания принципа роботы данного ротора

Схема разметки координат лопастей

КИЭВ ротора Угринского заявлен аш до 46% , а значит он не уступает горизонтальным ветрогенераторам. Ну а практика покажет что и как.

Изготовление лопастей ветрогенератора

Прежде чем приниматься за изготовление ротора, сначала были изготовлены модельки из пивных банок двух роторов. Одна моделька классического Савониуса, а Вторая Угринского. На модельках было заметно что ротор Угринского работает заметно на более высоких оборотах в сравнении с Савониусом, и было принято решение в пользу Угринского.

Решено было сделать двойной ротор, один над вторым с разворотом под 90 градусов чтобы добиться более ровного крутящего момента и лучшего старта.

Материалы для ротора выбраны самые простые и дешевые. Лопасти сделаны из алюминиевого листа толщиной 0,5мм. Из фанеры толщиной 10мм вырезаны три круга. Круги были расчерчены по рисунку выше и были сделаны бороздки глубиной 3 мм для вставки лопастей. Крепление лопастей сделано на маленьких уголочках и стянуто на болтики. Дополнительно для прочности всей сборки фанерные диски стянуты шпильками по краям и в центре, получилось очень жёстко и прочно.

Размер получившегося ротора 75*160см, на материалы ротора потрачено примерно 3600 рублей.

Изготовление генератора

Перед тем как делать генератор было много поисков готового генератора, но их в продаже почти нет, а то что можно заказать через интернет стоило приличных денег. У вертикальных ветрогенераторов небольшие обороты и в среднем для этой конструкции около 150-200 об/м. А для таких оборотов трудно найти что-то готовое и не требующее мультипликатора.

В поисках информации на форумах оказалось многие люди делают генераторы сами и в этом нет ничего сложного. Решение было принято в пользу самодельного генератора на постоянных магнитах. За основу была взята классическая конструкция аксиального генератора на постоянных магнитах, сделанная на автомобильной ступице.

Первым делом были заказаны неодимовые магниты шайбы для этого генератора в количестве 32 шт размером 10*30мм. Пока шли магниты изготавливались другие детали генератора. Вычислив все размеры статора под ротор, который собран из двух тормозных дисков от автомобиля ВАЗ на ступице заднего колеса, были намотаны катушки.

Для намотки катушек сделан простенький ручной станочек. Количество катушек 12 по три на фазу, так-как генератор трехфазный. На дисках ротора будет по 16 магнитов, это соотношение 4/3 вместо 2/3, так генератор получится тихоходнее и мощнее.

Для намотки катушек сделан простой станочек.

На бумаге размечены места расположения катушек статора.

Для заливки статора смолой изготовлена форма из фанеры. Перед заливкой все катушки были спаяны в звезду, а провода выведены наружу по прорезанным канальцам.

Катушки статора перед заливкой.

Свеже залитый статор, перед заливкой на дно был постелен кружок из стеклосетки, и после укладки катушек и заливкой эпоксидной смолой поверх них был уложен второй кружок, это для дополнительной прочности. В смолу добавлен тальк для крепости, от этого она белая.

Так-же смолой залиты и магниты на дисках.

А вот уже собранный генератор, основа тоже из фанеры.

После изготовления генератор сразу был покручен руками на предмет вольт-амперной характеристики. К нему был подключен мотоциклетный аккумулятор 12 вольт. К генератору была приделана ручка и смотря на секундную стрелку и вращая генератор были получены некоторые данные. На аккумулятор при 120 об/м получилось 15 вольт 3,5А, быстрее раскрутить рукой не позволяет сильное сопротивление генератора. Максимум в холостую на 240 об/м 43 вольта.

Подключение генератора

Для генератора был собран диодный мост, который был упакован в корпус, а на корпусе были смонтированы два прибора это вольтметр и амперметр. Так-же знакомый электронщик спаял простенький контроллер для него. Принцип контроллера прост, при полном заряде аккумуляторов контроллер подключает дополнительную нагрузку, которая съедает все излишки энергии чтобы аккумуляторы не перезарядились.

Первый контроллер спаянный знакомым не совсем устраивал, по этому был спаян более надежный программный контроллер.

Установка ветрогенератора

Для ветрогенератора был сделан мощный каркас из деревянных брусков 10*5 см. Для надежности опорные бруски были вкопаны в землю на 50 см, а так-же вся конструкция была дополнительно усилена растяжками, которые привязывались к уголкам вбитым в землю. Такая конструкция очень практична и быстро устанавливается, а так-же в изготовлении проще чем сварная. Поэтому было принято решение строить из дерева, а металл дорого и сварку некуда включать пока.

Вот уже готовый ветрогенератор.

На этом фото привод генератора прямой, но в последствии был сделан мультипликатор для поднятия оборотов генератора.

Привод генератора ременной, передаточное соотношение можно менять заменой шкивов.

В последствии генератор был соединен с ротором через мультипликатор. В общем итоге ветрогенератор выдает 50 ватт на ветру 7-8 м/с, зарядка начинается на ветру 5 м/с, хотя начинает вращаться на ветре 2-3 м/с, но обороты слишком маленькие для зарядки аккумулятора.

Со временем, планируется поднять ветрогенератор по выше и переработать некоторые узлы установки, а также возможно изготовление нового более большого ротора.

Современные системы электроснабжения городов высокотехнологичны и работают практически без сбоев. А вот частным секторам повезло меньше. Старые изношенные трансформаторы, питающие деревни и сёла, уже давно пора заменить, но по понятным причинам этого не делают. В результате ̶ скачки и падения напряжения и выход из строя домашней бытовой техники, электроники. Сегодня поговорим об одном из способов избежать подобных проблем ̶ об изготовлении ветрогенератора своими руками и его установке на участке.

Читайте в статье

Генератор и закон: нужно ли оформлять ветряк официально

Ещё один нюанс, касающийся высоты мачты ветрогенератора. Если поблизости расположен аэропорт или лётная школа, то установка сооружений выше 15 м будет запрещена. В остальном никаких преград в установке ветряка на своём участке не существует.

Типы генераторов по способу расположения лопастей

Можно выделить два типа ветрогенераторов – вертикальный и горизонтальный. Второй тип более привычен обывателю. Именно такие ветряки часто показывают по ТВ. Его лопасти расположены перпендикулярно земле, а ось вращается параллельно поверхности.

У вертикального ветряка лопасти вращаются вокруг ротора, который расположен перпендикулярно земной поверхности. Такие установки чаще делаются умельцами собственноручно. Материалом может послужить простая бочка на 200 л из-под горючесмазочных материалов.

Также генераторы могут отличаться по количеству и материалу изготовления лопастей.

Каким образом ветрогенератор вырабатывает энергию

Принцип работы ветрогенератора не слишком сложен, особенно для тех, кто понимает в электротехнике. Суть его такова. Лопасти, расположенные на возвышении, приводятся в движение силой ветра. Крутящий момент от них через редуктор передаётся на роторный генератор, от которого и заряжается батарея.

ФОТО: pinterest.ie Это аккумуляторные батареи, используемые в системах ветрогенераторов и солнечных панелей

Форма лопастей также неслучайна. Одна из сторон лопасти закруглённая, а вторая ровная. Небольшого потока воздуха достаточно, чтобы сдвинуть лопасти, после чего они начинают вращаться. При этом благодаря своей форме вращающаяся лопасть создаёт некое подобие вакуума, который заставляет следующую лопасть тянуться к этой точке. Получается, что движение одной из лопастей крыльчатки помогает следующей за ней. Именно поэтому даже при небольшом потоке воздуха генераторы (некоторые зовут их ветродуйками) способны вырабатывать электричество.

Из чего можно изготовить ветрогенератор

Такое устройство можно сделать из двигателей различных бытовых устройств. Это может быть стиральная машина, дрель, шуруповёрт или даже лазерный принтер. Главное здесь – понять саму суть работы устройства и пошагово выполнить все необходимые действия.

Обычно своими руками изготавливают роторные ветрогенераторы вертикального типа. Их сделать легче, при этом значительно снижается нагрузка на подшипники двигателя, что способствует долговечности устройства.

О монтаже редуктора сегодня подробно разговаривать мы не будем, а вот подключение двигателя и преобразование его в электрогенератор разобрать стоит.

Как изготовить ветрогенератор из лазерного принтера

Двигатель от лазерного принтера взят для наглядности. Именно на его примере можно подробно разобрать, как сделать ветровую электростанцию 220 В для частного дома. Что же для этого потребуется?

Как оказалось, все запчасти можно найти в кладовке практически любого домашнего мастера, любящего поработать с различной электроникой, а именно:

несколько отрезков провода, паяльник;
лопасти от старого вентилятора;
двигатель от лазерного принтера;
понижающий трансформатор из старого китайского магнитофона или чего-то подобного.

Пошаговая инструкция по изготовлению простейшего ветрогенератора

Подготовив всё вышеперечисленное, можно приступать к работе. Мы же будем разбирать всё подробно, а потому попутно будут произведены некоторые замеры и промежуточные испытания.

Использование асинхронного двигателя для изготовления ветрогенератора своими руками

При использовании в качестве генератора асинхронного двигателя потребуется его небольшая модернизация. По сути, асинхронный двигатель намного больше подходит для изготовления генератора, чем электромотор, способный вращаться лишь в одном направлении.

Для того чтобы превратить электромотор в генератор, необходима помощь токаря. Об этом следует позаботиться заранее, договорившись со специалистами. Также следует подготовить продолговатые магниты (6-8 шт.). Лучше, если они будут неодимовыми. Именно на их толщину и нужно будет сточить ротор асинхронного двигателя, после чего приклеить магнитные полоски вдоль оси. Магниты наклеиваются с чередованием полярности. Для этого прекрасно подойдёт эпоксидный клей. После его полного высыхания можно собрать электродвигатель, ставший уже генератором, в обратном порядке.

Варианты передачи крутящего момента с крыльчатки на генератор

Здесь можно назвать 3 основных варианта монтажа:

Прямой, по аналогии с пошаговой инструкцией, когда крыльчатка надевается непосредственно на вал.
Через редуктор посредством шестерней.
Ременной передачей ̶ как через редуктор, так и напрямую.

Редуктор может очень помочь при необходимости увеличения оборотов. Подобный вариант подойдёт для мест, где ветер не слишком силён. Однако следует продумать пути подхода к лопастям. Слабый ветер может попросту не осилить запуск генератора. В этом случае придётся провернуть лопасти вручную. После этого они будут вращаться сами, пускай и медленно. Но при этом передающийся крутящий момент значительно повысится благодаря редуктору.

Предлагаем вашему вниманию несколько схем редукторов, по которым можно понять, каким образом крутящий момент передаётся с крыльчатки на генератор, а также примеров подключения ветрогенератора как дополнительного источника питания дома.

ФОТО: rina.pro А вот так, совместно с центральным электроснабжением, в домашнюю сеть включается ветрогенератор

Подводя итоги вышеизложенному

Ветряные генераторы, если они сделаны по всем правилам, могут помочь сэкономить на потреблении электроэнергии. А если они будут подключены к электросети частного дома через аккумуляторные батареи большой ёмкости, вполне возможно, что об оплате счетов за свет владелец и вовсе забудет. К тому же здесь уже можно будет не опасаться скачков напряжения, способных вывести бытовую технику и электронику из строя. А ведь с каждым днём подобных высокотехнологичных гаджетов в домах становится всё больше. А значит, не стоит жалеть свободного времени, которое хочется провести на диване перед плазменной панелью. Лучше потратить его как раз на защиту этой панели. В противном случае может случиться так, что в следующий выходной придётся везти её в ремонт или вовсе приобретать новую. Задумайтесь, нужно ли вам терять деньги вместо того, чтобы их экономить.

Очень надеемся, что изложенная информация пригодиться нашему уважаемому читателю. Любые вопросы по теме, если они возникли в процессе прочтения, задавайте в комментариях ниже. Редакция HouseChief с удовольствием ответит на каждый из них в максимально сжатые сроки. Там же можно поделиться своим мнением о прочитанном или обсудить вопрос, нужны ли ветрогенераторы в частном секторе и стоит ли их изготавливать своими руками. И ещё, для нас очень важно ваше отношение к прочитанному, а потому просим не забывать об оценке. А мы напоследок, как всегда, предлагаем посмотреть очень интересный и познавательный ролик по сегодняшней теме. Берегите себя, своих близких и будьте здоровы!

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.

Классификация ветряных генераторов

Установки классифицируются исходя из следующих критериев ветродвигателя:

расположение оси вращения;
число лопастей;
материал элементов;
шаг винта.

ВЭУ, как правило, имеют конструктивное исполнение с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

Исполнение с горизонтальной осью — пропеллерная конструкция с одной-двумя-тремя и более лопастями. Это самое распространенное исполнение воздушных энергетических установок по причине высокого КПД.

Исполнение с вертикальной осью — ортогональные и карусельные конструкции на примере роторов Дарье и Савониуса. Последние два понятия следует пояснить, так как оба имеют определенную значимость в деле конструирования ветряных генераторов.

Ротор Дарье — ортогональная конструкция ветродвигателя, где аэродинамические лопасти (две или более), расположены симметрично друг другу на некотором расстоянии и укреплены на радиальных балках. Достаточно сложный вариант ветродвигателя, требующий тщательного аэродинамического исполнения лопастей.

Ротор Савониуса — конструкции ветродвигателя карусельного типа, где две лопасти полуцилиндрической формы расположены одна против другой, образуя в целом форму синусоиды. Коэффициент полезного действия конструкций невысок (около 15%), но может быть увеличен практически вдвое, если лопасти ставить по направлению волны не горизонтально, а вертикально и применять многоярусное исполнение с угловым смещением каждой пары лопастей относительно других пар.

Так, чтобы добиться эффективной работы установки, требуется выполнение условий стабильности ветровых потоков. Такие условия человек создать не в силах. Это чисто прерогатива природы. Ещё одним, но уже техническим недостатком, отмечается низкое качество вырабатываемого электричества, в результате чего приходится дополнять систему дорогостоящими электрическими модулями (мультипликаторами, зарядными устройствами, аккумуляторами, преобразователями, стабилизаторами).

Самодельные ветровые генераторы

Начать рекомендуется с постройки микро-ветряка, мощностью в несколько десятков ватт. В дальнейшем полученный опыт поможет создать более мощную конструкцию. Создавая домашний ветряной генератор, не стоит делать упор на получение качественного электричества (220 В, 50 Гц), так как этот вариант потребует существенных финансовых вложений. Разумнее ограничиться использованием изначально полученного электричества, которое можно успешно применять без преобразования для иных целей, к примеру, для поддержки систем отопления и горячего водоснабжения, построенных на электронагревателях (ТЭН) — такие приборы не требуют стабильного напряжения и частоты. Это делает возможным создавать простую схему, работающую напрямую от генератора.

Скорее всего, никто не будет утверждать, что отопление и горячее водоснабжение в доме по значимости уступают бытовой технике и осветительным приборам, для питания которых зачастую стремятся устанавливать домашние ветряки. Устройство ВЭУ именно с целью обеспечения дома теплом и горячей водой — это минимальные затраты и простота конструкции.

Обобщенный проект домашней ВЭУ

Конструктивно домашний проект во многом повторяет промышленную установку. Правда, бытовые решения зачастую базируются на вертикально-осевых ветродвигателях и комплектуются низковольтными генераторами постоянного тока. Состав модулей бытовой ВЭУ при условии получения качественного электричества (220 В, 50 Гц):

ветродвигатель;
устройство ориентации по ветру;
мультипликатор;
генератор постоянного тока (12 В, 24 В);
модуль заряда аккумуляторных батарей;
аккумуляторные батареи (литий-ионные, литий-полимерные, свинцово-кислотные);
преобразователь постоянного напряжения 12 В (24 В) в переменное напряжение 220 В.

Как это работает? Просто. Ветер крутит ветродвигатель. Крутящий момент передается через мультипликатор на вал генератора постоянного тока. Полученная на выходе генератора энергия через зарядный модуль аккумулируется в батареях. От клемм аккумуляторных батарей постоянное напряжение 12 В (24 В, 48 В) подается на преобразователь, где трансформируется в напряжение, пригодное для питания бытовых электрических сетей.

Большинство бытовых конструкций ветровых установок, как правило, конструируются с применением малооборотных электродвигателей постоянного тока. Это самый простой вариант генератора, не требующий модернизации. Оптимально — электродвигатели с постоянными магнитами, рассчитанные на питающее напряжение порядка 60–100 вольт. Имеется практика применения автомобильных генераторов, но для такого случая требуется внедрение мультипликатора, так как автогенераторы выдают нужное напряжение только на высоких (1800–2500) оборотах. Один из возможных вариантов — реконструкция асинхронного двигателя переменного тока, но также достаточно сложный, требующий точных расчётов, выполнения токарных работ, установки неодимовых магнитов в области ротора. Есть вариант для трехфазного асинхронного двигателя с подключением конденсаторов одинаковой емкости между фазами. Наконец, существует возможность изготовления генератора с нуля собственными руками. Инструкций на этот счёт имеется масса.

Достаточно эффективный и главное недорогой ветрогенератор можно соорудить на основе ротора Савониуса. Здесь в качестве примера рассматривается микро-энергетическая установка, мощность которой не превышает 20 Вт. Однако этого устройства вполне достаточно, например, для обеспечения электрической энергией некоторых бытовых приборов, работающих от напряжения 12 вольт.

Изготовление ротора Савониуса

Соединение с двигателем и установка на мачту

Вал двигателей постоянного тока с указанными выше параметрами обычно имеет диаметр не более 10–12 мм. Для того чтобы соединить вал двигателя с трубой ветродвигателя, в нижнюю часть трубы запрессовывается латунная втулка, имеющая требуемый внутренний диаметр. Сквозь стенку трубы и втулки просверливается отверстие, нарезается резьба для вкручивания стопорного винта. Далее труба ветродвигателя надевается на вал генератора, после чего соединение жестко фиксируется стопорным винтом.

Оставшаяся часть пластиковой трубы (2800 мм) — это мачта ветроустановки. Генератор в сборе с колесом Савониуса монтируются наверху мачты — просто вставляется внутрь трубы до упора. В качестве упора используется металлическая дисковая крышка, закрепленная на переднем торце мотора, имеющая диаметр несколько больший диаметра мачты. На периферии крышки просверливаются отверстия для крепления растяжек. Так как диаметр корпуса электродвигателя меньше внутреннего диаметра трубы, для выравнивания генератора по центру применяются прокладки либо упоры. Кабель от генератора пропускается внутри трубы и выводится через окно в нижней части. Необходимо учесть при монтаже исполнение защиты генератора от воздействия влаги, используя для этого герметизирующие прокладки. Опять же с целью защиты от осадков, выше соединения трубы ветродвигателя с валом генератора можно установить зонт-колпак.

Установка всей конструкции выполняется на открытой хорошо обдуваемой площадке. Под мачту выкапывается яма глубиной 0,5 метра, нижняя часть трубы опускается в яму, конструкция выравнивается растяжками, после чего яма заливается бетоном.

Контроллер напряжения (простое зарядное устройство)

Изготовленный ветряной генератор, как правило, не способен выдавать напряжение 12 вольт по причине низкой частоты вращения. Максимальная частота вращения ветродвигателя при скорости ветра 6–8 м/сек. достигает значения 200–250 об/мин. На выходе удается получить напряжение порядка 5–7 вольт. Для заряда аккумулятора требуется напряжение 13,5–15 вольт. Выход из положения — применение простого импульсного преобразователя напряжения, собранного, допустим, на основе регулятора напряжения LM2577ADJ. Подавая на вход преобразователя 5 вольт постоянного тока, на выходе получают 12–15 вольт, что вполне достаточно для заряда автомобильного аккумулятора.

Готовый преобразователь напряжения на LM2577

Данный микро-ветрогенератор, безусловно, можно совершенствовать. Увеличить мощность турбины, изменить материал и высоту мачты, добавить преобразователь постоянного напряжения в переменное сетевое напряжение и т. д.

Горизонтально-осевая ветреная электроустановка

Пластиковая труба диаметром 150 мм, алюминиевый лист толщиной 1,5–2,5 мм, деревянный брусок 80х40 длиной 1 м, сантехнические: фланец — 3, уголок — 2, тройник — 1.
Электродвигатель постоянного тока (генератор) 30–60 В, 300–470 об/мин.
Колесо-шкив для двигателя диаметром 130–150 мм (алюминий, латунь, текстолит и т. п.).
Стальные трубы диаметром 25 мм и 32 мм и длиной соответственно 35 мм и 3000 мм.
Зарядный модуль для аккумуляторов.
Аккумуляторы.
Преобразователь напряжения 12 В — 120 В (220 В).

Пластиковая труба необходима для изготовления лопастей ветродвигателя. Отрезок такой трубы, длиной 600 мм, разрезается вдоль на четыре одинаковых сегмента. Для ветряка требуются три лопасти, которые изготавливаются из полученных сегментов путем среза части материала по диагонали на всю длину, но не точно с угла на угол, а от нижнего угла к верхнему углу, с небольшим отступом от последнего. Обработка нижней части сегментов сводится к формированию крепёжного лепестка на каждом из трёх сегментов. Для этого по одному краю вырезается квадрат размером примерно 50х50 мм, а оставшаяся часть служит крепежным лепестком.

Вся электроника ветряной установки монтируется отдельным модулем, интерфейс которого предусматривает подключение аккумуляторов и потребительской нагрузки. В состав модуля входит контроллер заряда батарей и преобразователь напряжения. Подобные устройства можно собирать самостоятельно при наличии соответствующего опыта, либо приобретать на рынке. В продаже имеется множество разных решений, позволяющих получить нужные выходные значения напряжений и токов.

Комбинированные ВЭУ

Комбинированные ВЭУ — серьезный вариант домашнего энергетического модуля. Собственно, комбинация предполагает объединение в единой системе ветряного генератора, солнечной батареи, дизельной или бензиновой электростанции. Комбинировать можно всячески, исходя из возможностей и потребностей. Естественно, когда имеет место вариант — три в одном, это наиболее эффективное и надежное решение.

Также под комбинацией ВЭУ предполагается создание ветроэнергетических установок, имеющих в своём составе сразу две разные модификации. Например, когда в одной связке работают ротор Савониуса и традиционная трехлопастная машина. Первая турбина работает при малых скоростях ветрового потока, а вторая только при номинальных. Тем самым сохраняется эффективность установки, исключаются неоправданные энергетические потери, а в случае с асинхронными генераторами компенсируются реактивные токи.

Комбинированные системы — это варианты технически сложные и затратные для домашней практики.

Расчёт мощности ветряной домашней электростанции

Для расчёта мощности ветряного генератора горизонтально-осевого исполнения можно пользоваться стандартной формулой:

N = p · S · V3 / 2
N — мощность установки, Вт
p — плотность воздуха (1,2 кг/м 3 )
S — продуваемая площадь, м 2
V — скорость потока ветра, м/сек

Например, мощность установки, обладающей максимальным размахом лопастей 1 метр, при скорости ветра 7 м/сек., составит:

Приближенный расчёт мощности ВЭУ, созданной на основе ротора Савониуса можно посчитать, используя формулу:

N = p · R · H · V3
N — мощность установки, Вт
R — радиус рабочего колеса, м
V — скорость ветра, м/сек

К примеру, для упомянутой в тексте конструкции ветроэнергетической установки с ротором Савониуса, значение мощности при скорости ветра 7 м/сек. будет составлять:

Читайте также: