Moara de vant din sticle pentru animale de companie. Generatorul meu eolian de casă pe un motor pas cu pas Procesul de fabricare a palelor și fixarea acestora

Mergând pe bicicletă pe lângă căsuțele de vară, am văzut un generator eolian funcțional:

Lamele mari s-au rotit încet, dar sigur, girouța a orientat dispozitivul în direcția vântului.
Am vrut să implementez un design asemănător, deși nu este capabil să genereze suficientă putere pentru a oferi consumatorilor „serioși”, dar încă funcționează și, de exemplu, încărcând baterii sau alimentează LED-uri.

Motoare pas cu pas

Una dintre cele mai eficiente opțiuni pentru o mică turbină eoliană de casă este utilizarea motor pas cu pas(SHD) (engleză) motor pas cu pas (pas, pas).) - într-un astfel de motor, rotația arborelui constă în pași mici. Înfășurările unui motor pas cu pas sunt combinate în faze. Când se aplică curent uneia dintre faze, arborele se mișcă cu o treaptă.
Aceste motoare sunt viteza mica iar un generator cu un astfel de motor poate fi conectat turbină eoliană, Motor Stirling sau altă sursă de putere cu viteză mică. Atunci când utilizați un motor CC convențional (colector) ca generator, ar fi nevoie de 10-15 ori mai mult pentru a obține aceleași rezultate. frecventa inalta rotație.
O caracteristică a pasului este un cuplu de pornire destul de mare (chiar și fără o sarcină electrică conectată la generator), atingând 40 de grame de forță pe centimetru.
Eficiența generatorului cu motor pas cu pas ajunge la 40%.

Pentru a verifica performanța unui motor pas cu pas, puteți conecta, de exemplu, un LED roșu. Prin rotirea arborelui motorului, puteți observa strălucirea LED-ului. Polaritatea conexiunii LED nu contează, deoarece motorul generează curent alternativ.

Sunt destui din astea motoare puternice sunt unități de dischetă de cinci inchi, precum și imprimante și scanere vechi.

Motorul 1

De exemplu, am un SD de la o unitate veche de 5,25 inchi care încă funcționa ca parte a ZX Spectrum- computer compatibil „Byte”.
O astfel de unitate conține două înfășurări, de la capete și mijlocul cărora se trag concluzii - în total, şase fire:

prima înfăşurare bobina 1) - albastru (engleză) albastru) și galben (ing. galben);
a doua înfășurare bobina 2) - roșu (ing. roșu) și alb (ing. alb);
maro (engleză) maro) fire - concluzii din punctele medii ale fiecărei înfășurări (ing. robinete centrale).

motor pas cu pas dezasamblat

În stânga este vizibil rotorul motorului, pe care sunt vizibili polii magnetici „în dungi” - nord și sud. În dreapta este înfășurarea statorului, constând din opt bobine.
Rezistența a jumătate din înfășurare este de ~ 70 ohmi.

Am folosit acest motor în designul meu original al turbinei eoliene.

Motorul 2

Motorul meu pas cu pas mai puțin puternic T1319635 firmelor Epoch Electronics Corp. de la scaner HP Scanjet 2400 Are cinci ieșiri (motor unipolar):


prima înfăşurare bobina 1) - portocaliu (engleză) portocale) și negru (ing. negru);
a doua înfășurare bobina 2) - maro (ing. maro) și galben (ing. galben);
roșu (engleză) roșu) fir - cabluri conectate între ele de la mijlocul fiecărei înfășurări (ing. robinete centrale).

Rezistența a jumătate din înfășurare este de 58 ohmi, ceea ce este indicat pe carcasa motorului.

Motorul 3

Într-o versiune îmbunătățită a generatorului eolian, am folosit un motor pas cu pas Robotron SPA 42/100-558, produs în RDG și proiectat pentru o tensiune de 12 V:

turbină eoliană

Există două opțiuni pentru amplasarea axei rotorului (turbinei) generatorului eolian - orizontală și verticală.

avantaj orizontală(cel mai popular) Locație axa, situată în direcția vântului, este mai mult utilizare eficientă energie eoliană, dezavantajul este complexitatea designului.

am ales aranjare verticală topoare - VAWT (turbină eoliană cu axă verticală), ceea ce simplifică foarte mult proiectarea și nu necesită orientare către vânt . Această opțiune este mai potrivită pentru montarea pe acoperiș, este mult mai eficientă în condiții de schimbări rapide și frecvente ale direcției vântului.

Am folosit un tip de turbină eoliană numită turbină eoliană Savonius. Turbina eoliană Savonius). A fost inventat în 1922 Sigurd Johannes Savonius) din Finlanda.

Sigurd Johannes Savonius

Funcționarea turbinei eoliene Savonius se bazează pe faptul că rezistența (ing. trage) la fluxul de aer care se apropie - vântul suprafeței concave a cilindrului (lamei) este mai mare decât cel convex.

Coeficienți aerodinamici de rezistență ( Engleză coeficienți de tragere) $C_D$

corpuri bidimensionale:
semicilindr concav (1) - 2,30
jumătate convexă a cilindrului (2) - 1,20
placă pătrată plată - 1,17
Corpuri 3D:
emisferă goală concavă (3) - 1,42
emisferă goală convexă (4) - 0,38
sferă - 0,5
Valorile indicate sunt date pentru numerele Reynolds (ing. numerele Reynolds) în intervalul $10^4 - 10^6$. Numărul Reynolds caracterizează comportamentul unui corp într-un mediu.

Rezistența corpului la fluxul de aer $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, unde $\rho$ este densitatea aerului, $v$ este viteza fluxului de aer, $S $ - zona secțională a corpului.

O astfel de turbină eoliană se rotește în aceeași direcție, indiferent de direcția vântului:

Un principiu similar de funcționare este utilizat într-un anemometru cu cană (ing. anemometru cu ceașcă)- instrument pentru măsurarea vitezei vântului:

Un astfel de anemometru a fost inventat în 1846 de astronomul irlandez John Thomas Romney Robinson ( John Thomas Romney Robinson):

Robinson credea că cupele din anemometrul său cu patru căni se mișcă cu o viteză egală cu o treime din viteza vântului. În realitate, această valoare variază de la doi la puțin mai mult de trei.

În prezent, anemometrele cu trei cani, dezvoltate de meteorologul canadian John Patterson, sunt folosite pentru a măsura viteza vântului ( John Patterson) în 1926:

Generatoarele cu motoare cu perii de curent continuu cu microturbină verticală sunt vândute la eBay pentru aproximativ 5 USD:

O astfel de turbină conține patru pale situate de-a lungul a două axe perpendiculare, cu un diametru al rotorului de 100 mm, o înălțime a palelor de 60 mm, o lungime a coardei de 30 mm și o înălțime a segmentului de 11 mm. Rotorul este montat pe arborele micromotorului comutator de curent continuu cu marcajul JQ24-125H670. Tensiunea nominală de alimentare a unui astfel de motor este de 3 ... 12 V.
Energia generată de un astfel de generator este suficientă pentru a aprinde LED-ul „alb”.

Viteza de rotație a turbinei eoliene Savonius nu poate depăși viteza vântului , dar acest design este caracterizat cuplu mare (Engleză) cuplu).

Eficiența unei turbine eoliene poate fi estimată comparând puterea generată de generatorul eolian cu puterea conținută de vântul care sufla în jurul turbinei:
$P = (1\peste 2) \rho S (v^3)$ , unde $\rho$ este densitatea aerului (aproximativ 1,225 kg/m 3 la nivelul mării), $S$ este aria măturată a turbina (ing. zona măturată), $v$ - viteza vântului.

Turbina mea eoliană

Opțiunea 1

Inițial, rotorul generatorului meu folosea patru pale sub formă de segmente (jumătăți) de cilindri tăiate din tevi din plastic:


Dimensiunile segmentelor -
lungimea segmentului - 14 cm;
înălțimea segmentului - 2 cm;
lungimea coardei segmentului - 4 cm;

Am instalat structura asamblată pe un catarg de lemn destul de înalt (6 m 70 cm) dintr-o bară, atașat cu șuruburi autofiletante de un cadru metalic:

Opțiunea 2

Dezavantajul generatorului a fost viteza destul de mare a vântului necesară pentru rotirea palelor. Pentru a mari suprafata, am folosit lame taiate din sticle de plastic :

Dimensiuni segmente -
lungimea segmentului - 18 cm;
înălțimea segmentului - 5 cm;
lungimea coardei segmentului - 7 cm;
distanța de la începutul segmentului până la centrul axei de rotație este de 3 cm.

Opțiunea 3

Problema s-a dovedit a fi rezistența suporturilor de lame. La început am folosit benzi de aluminiu perforate de la un designer sovietic pentru copii de 1 mm grosime. După câteva zile de funcționare, rafale puternice de vânt au dus la o rupere a lamelelor (1). După acest eșec, am decis să decupez suporturile de lame din folie de textolit (2) cu o grosime de 1,8 mm:

Rezistența la încovoiere a textolitului perpendicular pe placă este de 204 MPa și este comparabilă cu rezistența la încovoiere a aluminiului - 275 MPa. Dar modulul de elasticitate al aluminiului $E$ (70000 MPa) este mult mai mare decât cel al textolitului (10000 MPa), adică. Texolitul este mult mai elastic decât aluminiul. Acest lucru, în opinia mea, ținând cont de grosimea mai mare a suporturilor de textolit, va oferi o fiabilitate mult mai mare a fixării palelor turbinei eoliene.
Generatorul eolian este montat pe un catarg:

Funcționarea de probă a unei noi versiuni a generatorului eolian și-a arătat fiabilitatea chiar și cu rafale puternice de vânt.

Dezavantajul turbinei Savonius este eficienta scazuta - doar aproximativ 15% din energia eoliană este convertită în energie de rotație a arborelui (aceasta este mult mai mică decât se poate obține cu turbina eoliană Darya(Engleză) Turbina eoliană Darrieus)), folosind forța de ridicare (ing. lift). Acest tip de turbină eoliană a fost inventat de designerul francez de avioane Georges Darier. (Georges Jean Marie Darrieus) - 1931 Brevetul SUA nr. 1.835.018 .

Georges Darier

Dezavantajul turbinei Darrieus este că are o autopornire foarte slabă (turbina trebuie să se învârtă deja pentru a genera cuplu din vânt).

Conversia energiei electrice generate de motorul pas cu pas

Cablurile motorului pas cu pas pot fi conectate la două redresoare în punte Schottky pentru a reduce căderea de tensiune pe diode.
Puteți folosi diode Schottky populare 1N5817 cu o tensiune inversă maximă de 20 V, 1N5819- 40 V și un curent redresat mediu continuu maxim de 1 A. Am conectat ieșirile redresoarelor în serie pentru a crește tensiunea de ieșire.
De asemenea, puteți utiliza două redresoare de mijloc. Un astfel de redresor necesită jumătate din câte diode, dar, în același timp, tensiunea de ieșire este, de asemenea, redusă la jumătate.
Apoi, tensiunea de ondulare este netezită folosind un filtru capacitiv - un condensator de 1000 uF la 25 V. Pentru a proteja împotriva creșterii tensiunii generate, o diodă zener de 25 V este conectată în paralel cu condensatorul.


diagrama turbinei mele eoliene


unitatea electronică a generatorului meu eolian

Aplicarea turbinelor eoliene

Tensiunea generată de generatorul eolian depinde de mărimea și constanța vitezei vântului.

Cu vântul legănând ramurile subțiri ale copacilor, tensiunea ajunge la 2 ... 3 V.

Cu vântul legănând ramurile groase ale copacilor, tensiunea ajunge la 4 ... 5 V (cu rafale puternice - până la 7 V).

CONECTAREA LA HOȚUL JOULE

Tensiunea netezită de la condensatorul generatorului eolian poate fi alimentată la - joasă tensiune DC-DC convertor

Valoarea rezistenței rezistenței R este selectat experimental (în funcție de tipul de tranzistor) - se recomandă utilizarea unui rezistor variabil de 4,7 kΩ și reducerea treptat a rezistenței acestuia, realizând funcționare stabilă convertor.
Am asamblat un astfel de convertor pe baza de germaniu pnp- tranzistor GT308V ( VT) și transformator de impulsuri MIT-4V (bobină L1- concluziile 2-3, L2- concluziile 5-6):

ÎNCĂRCARE DE IONISTORI (SUPERCONDENSATORI)

Ionistor (supercondensator, ing. supercondensator) este un hibrid dintre un condensator și o sursă de curent chimic.
ionistor - nepolar element, dar unul dintre bornele poate fi marcat cu o „săgeată” - pentru a indica polaritatea tensiunii reziduale după ce a fost încărcată din fabrică.
Pentru cercetările inițiale, am folosit un ionistor cu o capacitate de 0,22 F pentru o tensiune de 5,5 V (diametru 11,5 mm, înălțime 3,5 mm):

L-am conectat printr-o diodă la ieșire printr-o diodă cu germaniu D310.

Pentru restricție tensiune maximaîncărcând un ionistor, puteți folosi o diodă zener sau un lanț de LED-uri - eu folosesc un lanț de Două LED-uri roșii:

Pentru a preveni descărcarea unui ionistor deja încărcat prin LED-urile limită HL1și HL2 Am adaugat o alta dioda - VD2.

Va urma

Cu siguranță vă va plăcea acest material, deoarece în el ne vom uita la cum să obțineți un generator simplu de pe o unitate CD / DVD a computerului vechi.

În primul rând, vă oferim să faceți cunoștință cu videoclipul autorului

Luați în considerare ce avem nevoie:
- veche unitate CD/DVD;
- tăietori de sârmă;
- ciocan de lipit;
- orice carcasă din plastic;
- fire;
- hexagon;
- mașină de spălat.

Potrivit autorului generator de casă, ideea este destul de eficientă, deoarece raportul dintre raportul de viteză al rotațiilor și motorul care antrenează angrenajul care împinge tava discului este destul de mare. Astfel, este posibil ca la turații mici ale aceleiași trepte de viteză să se obțină rotații bune la motorul electric și să putem obține un generator. Dacă planul se va dovedi sau nu, vom afla la sfârșitul revizuirii, iar acum să trecem la treabă.

Mai întâi trebuie să dezlipiți placa pe care este montat motorul.

Apoi, tăiem partea din carcasa de plastic de transmisie pe care se sprijină motorul, precum și angrenajul de care avem nevoie. Mai târziu, vom scoate mânerul din acest angrenaj pentru a-l putea întoarce și a genera electricitate.

Luăm primul fir și îl lipim la unul dintre contactele motorului.

Lipiți al doilea fir la al doilea contact.

Pentru a testa generatorul, autorul ideii folosește intrări UBS, care sunt instalate într-o carcasă de plastic. Așa că lipește o piesă de antrenare cu un motor și un angrenaj în această carcasă folosind un pistol de lipici.

Pentru a face un mâner, veți avea nevoie de un hexagon și o șaibă. Aceste părți trebuie să fie atașate unele de altele. Autorul face acest lucru prin lipire.

Lipiți firele la conectorii USB.

Pe a doua jumătate a carcasei de plastic, trebuie să faceți o gaură pentru marginea angrenajului.

În cele din urmă, lipiți mânerul de casă pe marginea angrenajului. Generatorul nostru este gata.

Există o modalitate de a obține electricitate absolut gratuită. Este suficient să faci și să instalezi un generator eolian pe site-ul tău. Astăzi, aceasta nu poate înlocui sursele tradiționale de energie electrică, dar va adăuga câteva procente plăcute de independență mândră gospodăriei. Cel mai important lucru este că puteți „concepe” literalmente un generator cu drepturi depline din orice gunoi vechi și gunoi.

Vom avea nevoie

În primul rând, trebuie să obțineți o pompă de la un automat mașină de spălat. Este folosit pentru a pompa apa din tambur în canalizare și se află chiar în partea de jos. Veți avea nevoie și de patru hard disk-uri defecte, un stâlp lung pentru instalarea structurii, numeroase șuruburi, piulițe, șaibe. În cele din urmă, sunt necesare fire.

Pentru ce este o pompă?

Pompa va fi folosită drept generatorul care va genera electricitate. Pompa este formată dintr-un rotor mobil cu magneți permanenți și un stator mobil cu un circuit magnetic în formă de U, precum și o bobină care este atașată acestei structuri. Rotorul poate fi scos cu ușurință. Datorită magneților permanenți menționați, dintr-o astfel de pompă se obține un generator excelent, capabil să furnizeze tensiuni de până la 250 V.

procesul de fabricare a generatorului

Cel mai bine este să fixați pompa cu o clemă, care este cel mai ușor de realizat din colțuri de oțel. Cel mai probabil, acestea vor trebui tăiate în consecință. În circuitul magnetic al pompei, puteți face în siguranță o gaură suplimentară pentru o fixare mai sigură. Practic, asta este tot ce trebuie făcut în această etapă.

Procesul de fabricare a lamelor și fixarea acestora

Paletele turbinelor eoliene pot fi fabricate din tevi pvc. Pentru a face acest lucru, tăiați-l în trei părți identice. Din astfel de spații libere, atunci puteți face elemente mai „elegante”. În locurile în care sunt atașate lamele, nu uitați să faceți găuri potrivite pentru fixarea ulterioară. De asemenea, este necesar să se facă o lamă de coadă dintr-un material similar, care va ghida generatorul.

Vom fixa lamele pe două discuri de pe HDD. Întreaga dificultate a acestei etape de lucru constă în a face găuri în discuri în locuri potrivite și apoi înșurubarea lamelor la ele folosind șuruburi și șaibe pregătite.

Rotire

Mic, dar foarte detaliu important. Pentru fabricarea unui unghi de rotire, puteți utiliza un motor de la hard disk. Are rulmenți foarte buni și, prin urmare, acest element va face față perfect sarcinii. Pe acest element va fi pus discul cu generatorul.

Adunare Generală

Acum rămâne doar să colectăm generator eolian, atașați firele la stâlpul nostru, instalați un element rotativ pe el și, de asemenea, ridicați și plasați „moara” într-un loc potrivit. După finalizarea lucrărilor, va fi corect să se efectueze mici teste. Desigur, generatorul eolian nu va da maxim 250 V, dar rezultatul lucrării va fi totuși plăcut! Un proces detaliat de construire poate fi văzut în videoclipul de mai jos.

Vreau mai interesant sfaturi utile pentru zona suburbana pentru sezonul viitor? Ce-ar fi să aflăm mai multe și să-l transformăm într-un lucru util pentru gospodărie.

Un generator eolian simplu poate fi realizat din mai multe defecte hard disk-uriși o pompă de apă de la o mașină de spălat. Energia alternativă este mai aproape decât pare, acum există mai mult decât suficientă gunoi pentru fabricarea unor astfel de gadgeturi necesare. Un astfel de design, desigur, nu vă va alimenta întreaga casă cu energie electrică, dar se va descurca foarte bine pentru încărcarea tuturor tipurilor de gadgeturi USB.

Va dura

• pompa din automat mașină de spălat. Se află chiar în partea de jos și servește la pomparea apei din tambur în canalizare.
• Patru hard disk-uri, pot fi de la diferiți producători.
• Un stâlp este o țeavă lungă pentru montarea unei mori de vânt la o înălțime.
• Șuruburi, piulițe, șaibe.
• Fire.

Câteva cuvinte despre pompa de apă

O pompă de apă va fi folosită ca generator care generează energie electrică. Este alcătuit dintr-un rotor mobil cu magneți permanenți și un stator mobil cu un circuit magnetic în formă de U și o bobină pe acesta.

Rotorul este destul de ușor de scos.

Datorită utilizării magneților permanenți, o astfel de pompă funcționează perfect ca un generator capabil să furnizeze până la 250 V. Desigur, moara noastră de vânt nu va oferi o astfel de viteză și tensiunea de ieșire va fi de câteva ori mai mică.

Fabricarea turbinelor eoliene

S-a hotărât fixarea pompei cu colțuri din oțel de construcție, îndoirea și tăierea acestora după cum este necesar.

A ieșit așa, un fel de guler.

În circuitul magnetic al pompei a fost făcută o gaură pentru o fixare mai sigură.

Asamblare asamblare.

Pale de turbine eoliene

Lamele sunt realizate din teava PVC.

Tăiem țeava în trei părți egale de-a lungul.

Și apoi ne tăiem propria lamă din fiecare jumătate.

Facem găuri în locurile în care lamele sunt atașate la generator.

Atașarea lamei

Pentru fixarea palelor generatorului eolian s-au folosit două discuri de pe HDD.

Orificiul în care se potrivește perfect diametrului rotorului.

Noi marcam.

Foraj.

Discurile sunt atașate la rotor cu șuruburi, șaibe și piulițe.

Înșurubați lamele.

Rotire

Pentru ca moara de vânt să se rotească în direcții diferite în funcție de vânt, aceasta trebuie instalată pe o placă turnantă, în rolul căreia va fi folosit motorul de pe hard disk, deoarece există rulmenți foarte buni.

În viitor, va fi pus un disc pe care va fi atașat generatorul.

Faceți o gaură sub suport și tăiați partea inutilă.

Adunare Generală

La motorul HDD, care va fi folosit ca platantă, atașăm colțurile în trei locuri.

Decupăm lama de coadă din carton sau plastic, astfel încât vântul însuși să dirijeze ventilatorul.

Acum să începem să asamblam totul.

Luăm un stâlp și fixăm firul pentru alimentare.

Luăm un punct de cotitură.

Introducem în țeavă și strângem piulițele pe care le despărțim în lateral.

Practic rezistă bine.

În acest articol, vom lua în considerare un model de generator de magnet puternic care este capabil să genereze electricitate cu o putere de 300 de wați. Cadrul este asamblat din plăci durale de 10 mm grosime. Generatorul este format din 3 părți principale: carcasă, rotor, stator. Scopul principal al carcasei este fixarea rotorului și a statorului într-o poziție strict definită. Rotorul rotativ nu trebuie să atingă bobinele statorului cu magneți. Carcasa din duraluminiu este asamblată din 4 părți. Dispunerea unghiulară oferă o structură simplă și rigidă. Corpul este realizat pe o mașină CNC. Acesta este atât un plus, cât și un dezavantaj al dezvoltării, deoarece pentru o repetare de înaltă calitate a modelului, trebuie să găsiți specialiști și o mașină CNC. Diametrul discurilor este de 100 mm.

De asemenea, puteți lua un generator electric gata făcut în magazinul online.

Rotorul generatorului electric I. Belitsky

Rotor este o osie de fier. Pe el sunt fixate 2 discuri de fier cu magneți de neodim amplasate pe ele. O bucșă de fier este presată între discurile de pe axă. Lungimea sa depinde de grosimea statorului. Scopul său este de a asigura un spațiu minim între magneții rotativi și bobinele statorului. Fiecare disc contine 12 magneti de neodim cu un diametru de 15 mm si o grosime de 5 mm. Pentru ei scaunele sunt făcute pe un disc.

Ele trebuie lipite rășină epoxidică sau alt adeziv. În acest caz, este necesar să respectați cu strictețe polaritatea. În starea asamblată, magneții ar trebui să fie amplasați astfel încât unul opus să fie altul față de discul opus. În acest caz, polii trebuie să fie diferiți unul față de celălalt. După cum scrie însuși autorul dezvoltării (Igor Beletsky): „Va fi corect să existe diferiți poli, astfel încât liniile de forță să iasă dintr-unul și să intre în celălalt, cu siguranță S = N”. Puteți cumpăra magneți de neodim într-un magazin online chinezesc.

Dispozitiv stator

Ca bază a fost folosită tabla de textolit de 12 m grosime.În tablă s-au făcut găuri pentru bobine și bucșe ale rotorului. Diametrul exterior al bobinelor de fier care sunt instalate în aceste găuri este de 25 mm. Diametrul interior este egal cu diametrul magneților (15 mm). Bobinele îndeplinesc 2 sarcini: funcția unui miez conducător magnetic și sarcina de a reduce lipirea la trecerea de la o bobină la alta.

Bobinele sunt realizate din sarma izolata de 0,5 mm grosime. Pe fiecare bobină sunt înfășurate 130 de spire. Direcția de înfășurare este aceeași pentru toți.

Când creați un generator puternic din, trebuie să știți că cu cât viteza care poate fi furnizată este mai mare, cu atât tensiunea și curentul de ieșire al dispozitivului vor fi mai mari pentru energie gratuită.