Veterný mlyn z pet fliaš. Môj domáci veterný generátor na krokovom motore Proces výroby lopatiek a ich upevnenie

Na bicykli okolo letných chát som videl funkčný veterný generátor:

Veľké lopatky sa otáčali pomaly, ale isto, korouhvička orientovala zariadenie v smere vetra.
Chcel som implementovať podobný dizajn, aj keď nie je schopný generovať dostatok energie na poskytovanie „vážnych“ spotrebiteľov, ale stále funguje a napríklad nabíja batérie alebo napája LED.

Krokové motory

Jednou z najefektívnejších možností pre malú domácu veternú turbínu je použitie krokový motor(SHD) (angličtina) krokový (krokový, krokový) motor) - v takomto motore rotácia hriadeľa pozostáva z malých krokov. Vinutia krokového motora sú spojené do fáz. Keď je prúd privedený do jednej z fáz, hriadeľ sa posunie o jeden krok.
Tieto motory sú pomalá rychlosť a generátor s takýmto motorom je možné pripojiť veterná turbína, Stirlingov motor alebo iný zdroj energie s nízkou rýchlosťou. Pri použití bežného (kolektorového) jednosmerného motora ako generátora by bolo na dosiahnutie rovnakých výsledkov potrebných 10-15 krát viac. vysoká frekvencia rotácia.
Charakteristickým znakom steppera je pomerne vysoký rozbehový krútiaci moment (aj bez elektrickej záťaže pripojenej ku generátoru), dosahujúci 40 gramov sily na centimeter.
Účinnosť generátora s krokovým motorom dosahuje 40%.

Ak chcete skontrolovať výkon krokového motora, môžete pripojiť napríklad červenú LED. Otáčaním hriadeľa motora môžete pozorovať žiaru LED. Na polarite zapojenia LED nezáleží, pretože motor generuje striedavý prúd.

Tých je dosť výkonné motory sú päťpalcové disketové mechaniky, ako aj staré tlačiarne a skenery.

Motor 1

Napríklad mám SD zo starého 5,25″ disku, ktorý stále fungoval ako súčasť ZX Spectrum- kompatibilný počítač "Byte".
Takýto pohon obsahuje dve vinutia, z ktorých koncov a stredu sa vyvodzujú závery - celkovo, šesť drôty:

prvé vinutie cievka 1) - modrá (anglicky) Modrá) a žltá (angl. žltá);
druhé vinutie cievka 2) - červená (angl. červená) a biela (angl. biely);
hnedá (anglicky) hnedá) drôty - závery zo stredov každého vinutia (angl. stredové kohútiky).

rozobraný krokový motor

Vľavo je viditeľný rotor motora, na ktorom sú viditeľné „pruhované“ magnetické póly – sever a juh. Vpravo je vinutie statora, pozostávajúce z ôsmich cievok.
Odpor polovice vinutia je ~ 70 ohmov.

Tento motor som použil vo svojom pôvodnom dizajne veternej turbíny.

Motor 2

Môj menej výkonný krokový motor T1319635 firmy Epoch Electronics Corp. zo skenera HP Scanjet 2400 Má päť výstupy (unipolárny motor):


prvé vinutie cievka 1) - oranžová (anglicky) oranžová) a čierna (angl. čierna);
druhé vinutie cievka 2) - hnedá (angl. hnedá) a žltá (angl. žltá);
červená (anglicky) červená) drôt - vodiče spojené dohromady od stredu každého vinutia (angl. stredové kohútiky).

Odpor polovice vinutia je 58 ohmov, čo je uvedené na kryte motora.

Motor 3

Vo vylepšenej verzii veterného generátora som použil krokový motor Robotron SPA 42/100-558, vyrobený v NDR a určený pre napätie 12 V:

veterná turbína

Existujú dve možnosti umiestnenia osi obežného kolesa (turbíny) veterného generátora - horizontálne a vertikálne.

výhodu horizontálne(najpopulárnejší) umiestnenie osi, umiestnenej v smere vetra, je viac efektívne využitie veterná energia, nevýhodou je zložitosť prevedenia.

vybral som si vertikálne usporiadanie osi - VAWT (veterná turbína s vertikálnou osou), čo výrazne zjednodušuje dizajn a nevyžaduje orientáciu voči vetru . Táto možnosť je vhodnejšia na montáž na strechu, je oveľa efektívnejšia v podmienkach rýchlych a častých zmien smeru vetra.

Použil som typ veternej turbíny nazývanej Savonius veterná turbína. Savoniusova veterná turbína). Bol vynájdený v roku 1922 Sigurd Johannes Savonius) z Fínska.

Sigurd Johannes Savonius

Prevádzka veternej turbíny Savonius je založená na skutočnosti, že odpor (angl. ťahať) na prichádzajúci prúd vzduchu - vietor konkávneho povrchu valca (čepele) je väčší ako konvexný.

Koeficienty aerodynamického odporu ( Angličtina koeficienty odporu vzduchu) $C_D$

dvojrozmerné telesá:
konkávny polvalec (1) - 2,30
konvexná polovica valca (2) - 1,20
plochá štvorcová doska - 1,17
3D telá:
konkávna dutá pologuľa (3) - 1,42
konvexná dutá pologuľa (4) - 0,38
guľa - 0,5
Uvedené hodnoty sú uvedené pre Reynoldsove čísla (angl. Reynoldsove čísla) v rozsahu 10^4 – 10^6 $. Reynoldsovo číslo charakterizuje správanie sa telesa v médiu.

Odpor tela voči prúdeniu vzduchu $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, kde $\rho$ je hustota vzduchu, $v$ je rýchlosť prúdenia vzduchu, $S $ - prierezová oblasť tela.

Takáto veterná turbína sa otáča rovnakým smerom bez ohľadu na smer vetra:

Podobný princíp činnosti sa používa v pohárovom anemometri (angl. pohárový anemometer)- prístroj na meranie rýchlosti vetra:

Takýto anemometer vynašiel v roku 1846 írsky astronóm John Thomas Romney Robinson ( John Thomas Romney Robinson):

Robinson veril, že poháre v jeho štvorhrnčekovom anemometri sa pohybovali rýchlosťou rovnajúcou sa jednej tretine rýchlosti vetra. V skutočnosti sa táto hodnota pohybuje od dvoch po niečo viac ako tri.

V súčasnosti sa na meranie rýchlosti vetra používajú anemometre s tromi hrnčekmi, ktoré vyvinul kanadský meteorológ John Patterson ( John Patterson) v roku 1926:

Jednosmerné kartáčované motorgenerátory s vertikálnou mikroturbínou sa predávajú na eBay za približne 5 dolárov:

Takáto turbína obsahuje štyri lopatky umiestnené pozdĺž dvoch kolmých osí, s priemerom obežného kolesa 100 mm, výškou lopatky 60 mm, dĺžkou tetivy 30 mm a výškou segmentu 11 mm. Obežné koleso je namontované na hriadeli jednosmerného komutátorového mikromotora s označením JQ24-125H670. Menovité napájacie napätie takéhoto motora je 3 ... 12 V.
Energia generovaná takýmto generátorom stačí na rozsvietenie „bielej“ LED.

Rýchlosť rotácie veternej turbíny Savonius nemôže prekročiť rýchlosť vetra , ale tento dizajn je charakteristický vysoký krútiaci moment (Angličtina) krútiaci moment).

Účinnosť veternej turbíny možno odhadnúť porovnaním výkonu generovaného veterným generátorom s výkonom obsiahnutým vo vetre fúkanom okolo turbíny:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$ , kde $\rho$ je hustota vzduchu (približne 1,225 kg/m 3 na hladine mora), $S$ je zametaná oblasť turbína (angl. pozametaná oblasť), $v$ - rýchlosť vetra.

Moja veterná turbína

možnosť 1

Spočiatku obežné koleso môjho generátora používalo štyri lopatky vo forme segmentov (polovičiek) valcov vyrezaných z plastové rúrky:


Veľkosti segmentov -
dĺžka segmentu - 14 cm;
výška segmentu - 2 cm;
dĺžka akordu segmentu - 4 cm;

Zmontovanú konštrukciu som nainštaloval na pomerne vysoký (6 m 70 cm) drevený stožiar z tyče, pripevnený samoreznými skrutkami ku kovovému rámu:

Možnosť 2

Nevýhodou generátora bola dosť vysoká rýchlosť vetra potrebná na roztočenie lopatiek. Na zväčšenie plochy som použil čepele vyrezané z plastové fľaše :

Veľkosti segmentov -
dĺžka segmentu - 18 cm;
výška segmentu - 5 cm;
dĺžka akordu segmentu - 7 cm;
vzdialenosť od začiatku segmentu k stredu osi otáčania je 3 cm.

Možnosť 3

Problémom sa ukázala pevnosť držiakov čepelí. Najprv som použil perforované hliníkové lišty od sovietskeho detského dizajnéra s hrúbkou 1 mm. Po niekoľkých dňoch prevádzky viedli silné nárazy vetra k prasknutiu lamiel (1). Po tomto neúspechu som sa rozhodol vyrezať držiaky čepelí z fóliového textolitu (2) s hrúbkou 1,8 mm:

Pevnosť v ohybe textolitu kolmo na platňu je 204 MPa a je porovnateľná s pevnosťou v ohybe hliníka - 275 MPa. Ale modul pružnosti hliníka $E$ (70000 MPa) je oveľa vyšší ako u textolitu (10000 MPa), t.j. Texolit je oveľa pružnejší ako hliník. To podľa môjho názoru, berúc do úvahy väčšiu hrúbku textolitových držiakov, poskytne oveľa väčšiu spoľahlivosť upevnenia lopatiek veternej turbíny.
Veterný generátor je namontovaný na stožiari:

Skúšobná prevádzka novej verzie veterného generátora ukázala svoju spoľahlivosť aj pri silných nárazoch vetra.

Nevýhodou Savoniusovej turbíny je nízka účinnosť - len asi 15 % veternej energie sa premení na rotačnú energiu hriadeľa (to je oveľa menej, ako sa dá dosiahnuť pomocou veterná turbína Darja(Angličtina) Darrieusova veterná turbína)), pomocou zdvíhacej sily (angl. výťah). Tento typ veternej turbíny vynašiel francúzsky letecký konštruktér Georges Darier. (Georges Jean Marie Darrieus) - 1931 patent USA č. 1,835,018 .

Georges Darier

Nevýhodou Darrieusovej turbíny je, že má veľmi slabé samoštartovanie (turbína sa už musí roztáčať, aby generovala krútiaci moment z vetra).

Premena elektriny generovanej krokovým motorom

Vodiče krokového motora môžu byť pripojené k dvom usmerňovačom Schottkyho mostíka, aby sa znížil pokles napätia na diódach.
Môžete použiť populárne Schottkyho diódy 1N5817 s maximálnym spätným napätím 20 V, 1N5819- 40 V a maximálny priamy priemerný usmernený prúd 1 A. Výstupy usmerňovačov som zapojil do série, aby som zvýšil výstupné napätie.
Môžete tiež použiť dva stredové usmerňovače. Takýto usmerňovač vyžaduje o polovicu menej diód, no zároveň sa zníži aj výstupné napätie na polovicu.
Potom sa napätie zvlnenia vyhladí pomocou kapacitného filtra - kondenzátora 1000 uF pri 25 V. Na ochranu pred zvýšeným generovaným napätím je paralelne s kondenzátorom zapojená 25 V zenerova dióda.


diagram mojej veternej turbíny


elektronická jednotka môjho veterného generátora

Aplikácia veternej turbíny

Napätie generované veterným generátorom závisí od veľkosti a stálosti rýchlosti vetra.

Keď vietor kýva tenkými vetvami stromov, napätie dosahuje 2 ... 3 V.

S vetrom, ktorý kýva hustými vetvami stromov, napätie dosahuje 4 ... 5 V (so silnými nárazmi - až 7 V).

PRIPOJENIE K JOULE THIEF

Vyhladené napätie z kondenzátora veterného generátora môže byť privádzané do - nízkeho napätia DC-DC prevodník

Hodnota odporu rezistora R sa vyberá experimentálne (v závislosti od typu tranzistora) - je vhodné použiť premenný odpor 4,7 kΩ a postupne znižovať jeho odpor, dosiahnuť stabilná prevádzka prevodník.
Zostavil som takýto prevodník na báze germánia pnp- tranzistor GT308V ( VT) a impulzný transformátor MIT-4V (cievka L1- závery 2-3, L2- závery 5-6):

NÁPLŇ IONISTOROV (SUPERKAPACITOROV)

Ionistor (superkondenzátor, eng. superkondenzátor) je hybridom kondenzátora a chemického zdroja prúdu.
Ionistor - nepolárne prvok, ale jeden zo záverov môže byť označený "šípkou" - na označenie polarity zvyškového napätia po jeho nabití z výroby.
Na počiatočný výskum som použil ionistor s kapacitou 0,22 F pre napätie 5,5 V (priemer 11,5 mm, výška 3,5 mm):

Pripojil som to cez diódu na výstup cez germániovú diódu D310.

Pre obmedzenie maximálne napätie nabíjanie ionistora, môžete použiť zenerovu diódu alebo reťaz LED - ja používam reťazec dvačervené LED diódy:

Aby sa zabránilo vybitiu už nabitého ionistora cez limitné LED HL1 a HL2 Pridal som ďalšiu diódu - VD2.

Pokračovanie nabudúce

Tento materiál sa vám určite bude páčiť, pretože sa v ňom pozrieme na to, ako získať jednoduchý generátor zo starej CD / DVD mechaniky počítača.

V prvom rade vám ponúkame zoznámenie sa s autorským videom

Zvážte, čo potrebujeme:
- stará CD/DVD mechanika;
- strihač káblov;
- spájkovačka;
- akékoľvek plastové puzdro;
- drôty;
- šesťuholník;
- práčka.

Podľa autora domáci generátor, myšlienka je celkom efektívna, pretože pomer prevodového pomeru otáčok k motoru, ktorý poháňa ozubené koleso, ktoré tlačí podnos disku, je dosť veľký. Je teda možné, že pri nízkych otáčkach toho istého prevodového stupňa dosiahneme dobré otáčky elektromotora a budeme môcť získať generátor. Či plán vyjde alebo nie, sa dozvieme na konci recenzie a teraz sa pustíme do práce.

Najprv musíte odspájkovať dosku, na ktorej je namontovaný motor.

Ďalej sme odrezali časť plastového krytu pohonu, na ktorom spočíva motor, ako aj ozubené koleso, ktoré potrebujeme. Neskôr z tohto ozubeného kolesa odstránime rukoväť, aby sme ho mohli otáčať a vyrábať elektrinu.

Vezmeme prvý drôt a prispájkujeme ho k jednému z kontaktov motora.

Prispájkujte druhý vodič k druhému kontaktu.

Na testovanie generátora autor nápadu používa vstupy UBS, ktoré sú inštalované v plastovom puzdre. Do tohto puzdra teda pomocou lepiacej pištole vlepí kus pohonu s motorom a prevodom.

Na výrobu rukoväte budete potrebovať šesťuholník a podložku. Tieto časti musia byť navzájom spojené. Autor to robí spájkovaním.

Pripojte vodiče ku konektorom USB.

Na druhej polovici plastového puzdra musíte urobiť otvor pre lištu prevodovky.

Nakoniec prilepte domácu rukoväť na rímsu ozubeného kolesa. Náš generátor je pripravený.

Existuje spôsob, ako získať elektrinu úplne zadarmo. Stačí vytvoriť a nainštalovať veterný generátor na vašom webe. Tradičné zdroje elektriny dnes tento nenahradia, do domácnosti však pridajú pár príjemných percent hrdej nezávislosti. Najdôležitejšie je, že z akéhokoľvek starého odpadu a odpadu si môžete doslova „vyskladať“ plnohodnotný generátor.

Budeme potrebovať

Najprv musíte získať čerpadlo z automatu práčka. Používa sa na čerpanie vody z bubna do kanalizácie a stojí úplne na dne. Budete tiež potrebovať štyri chybné pevné disky, dlhú tyč na inštaláciu konštrukcie, početné skrutky, matice, podložky. Nakoniec sú potrebné drôty.

Na čo slúži čerpadlo?

Čerpadlo bude slúžiť ako samotný generátor, ktorý bude vyrábať elektrinu. Čerpadlo sa skladá z pohyblivého rotora s permanentnými magnetmi a pohyblivého statora s magnetickým obvodom v tvare U, ako aj cievky, ktorá je k tejto konštrukcii pripevnená. Rotor sa dá jednoducho vytiahnuť. Vďaka spomínaným permanentným magnetom sa z takéhoto čerpadla získava výborný generátor, schopný dodať napätie až do 250 V.

výrobný proces generátora

Najlepšie je upevniť čerpadlo pomocou svorky, ktorú je najjednoduchšie vyrobiť z oceľových rohov. S najväčšou pravdepodobnosťou budú musieť byť zodpovedajúcim spôsobom rezané. V magnetickom obvode pumpy môžete bezpečne vytvoriť ďalší otvor pre bezpečnejšiu fixáciu. To je v podstate všetko, čo treba v tejto fáze urobiť.

Proces výroby čepelí a ich upevnenie

Lopatky veterných turbín môžu byť vyrobené z pvc potrubia. Aby ste to urobili, rozrežte ho na tri rovnaké časti. Z takýchto polotovarov potom môžete vyrobiť „elegantnejšie“ prvky. V miestach pripevnenia čepelí nezabudnite urobiť vhodné otvory pre následné upevnenie. Z podobného materiálu je potrebné vyrobiť aj chvostovú čepeľ, ktorá bude viesť generátor.

Čepele pripevníme na dva disky z HDD. Celá náročnosť tejto fázy práce spočíva vo vytvorení otvorov v diskoch na vhodných miestach a následnom priskrutkovaní nožov k nim pomocou pripravených skrutiek a podložiek.

Otočný

Malý, ale veľmi dôležitý detail. Na vytvorenie uhla natočenia môžete použiť motor z pevný disk. Má veľmi dobré ložiská, a preto sa tento prvok dokonale vyrovná s úlohou. Na tento prvok sa nasadí disk s generátorom.

Valného zhromaždenia

Teraz zostáva len zbierať veterný generátor, pripevnite drôty k nášmu stĺpu, nainštalujte naň rotačný prvok a tiež zdvihnite a umiestnite "mlyn" na vhodné miesto. Po dokončení práce bude správne vykonať malé testy. Veterný generátor samozrejme nedá maximálnych 250 V, ale výsledok práce bude stále príjemný! Podrobný proces zostavovania je možné vidieť vo videu nižšie.

Chcem zaujímavejšie užitočné tipy pre prímestská oblasť na budúcu sezónu? Čo tak zistiť viac a urobiť z toho užitočnú vec do domácnosti.

Jednoduchý veterný generátor môže byť vyrobený z niekoľkých chybných pevné disky a vodné čerpadlo z práčky. Alternatívna energia je bližšie, ako sa zdá, teraz je viac než dosť odpadu na výrobu takýchto potrebných vecí. Takýto dizajn, samozrejme, nebude napájať celý váš dom elektrinou, ale postačí na nabíjanie všetkých druhov USB zariadení.

To bude trvať

• čerpadlo z automatu práčka. Stojí úplne dole a slúži na čerpanie vody z bubna do kanalizácie.
• Štyri pevné disky môžu byť od rôznych výrobcov.
• Tyč je dlhá rúra na montáž veterného mlyna do výšky.
• Skrutky, matice, podložky.
• Drôty.

Pár slov o vodnom čerpadle

Ako generátor na výrobu elektriny bude použité vodné čerpadlo. Skladá sa z pohyblivého rotora s permanentnými magnetmi a pohyblivého statora s magnetickým obvodom v tvare U a cievkou na ňom.

Rotor sa dá celkom ľahko vytiahnuť.

Vďaka použitiu permanentných magnetov takéto čerpadlo perfektne funguje ako generátor schopný dodať až 250 V. Samozrejme, že náš veterný mlyn nedá takú rýchlosť a výstupné napätie bude niekoľkonásobne menšie.

Výroba veterných turbín

Bolo rozhodnuté upevniť čerpadlo pomocou rohov z konštrukčnej ocele, ohýbať a rezať ich podľa potreby.

Dopadlo to takto, akýsi golier.

V magnetickom obvode pumpy bol vytvorený otvor pre bezpečnejšiu fixáciu.

Montážna zostava.

Lopatky veternej turbíny

Čepele sú vyrobené z PVC rúrky.

Rúru rozrežeme na tri rovnaké časti pozdĺž.

A potom si z každej polovice vystrihneme vlastnú čepeľ.

Na miestach, kde sú lopatky pripevnené k generátoru, robíme otvory.

Upevnenie čepele

Na upevnenie lopatiek veterného generátora boli použité dva disky z HDD.

Otvor, v ktorom je dokonale prispôsobený priemeru obežného kolesa.

Označujeme.

Vŕtanie.

Disky sú pripevnené k rotoru pomocou skrutiek, podložiek a matíc.

Naskrutkujte čepele.

Otočný

Aby sa veterný mlyn otáčal rôznymi smermi v závislosti od vetra, musí byť nainštalovaný na otočnom tanieri, v úlohe ktorého sa použije motor z pevného disku, pretože existujú veľmi dobré ložiská.

V budúcnosti sa naň umiestni disk, na ktorý bude pripevnený generátor.

Vyvŕtajte otvor pod držiak a odpílite nepotrebnú časť.

Valného zhromaždenia

K motoru HDD, ktorý bude použitý ako gramofón, pripevníme rohy na troch miestach.

Čepeľ chvosta sme vystrihli z lepenky alebo plastu tak, aby vietor smeroval ventilátor.

Teraz začneme všetko montovať.

Vezmeme tyč a fixujeme drôt na napájanie.

Berieme bod obratu.

Vložíme do potrubia a utiahneme matice, ktoré rozdeľujeme do strán.

V podstate to drží dobre.

V tomto článku sa budeme zaoberať modelom výkonného generátora magnetov, ktorý je schopný generovať elektrinu s výkonom 300 wattov. Rám je zostavený z duralových plechov hrúbky 10 mm. Generátor sa skladá z 3 hlavných častí: kryt, rotor, stator. Hlavným účelom krytu je upevnenie rotora a statora v presne definovanej polohe. Rotujúci rotor sa nesmie dotýkať cievok statora pomocou magnetov. Duralové puzdro je zostavené zo 4 dielov. Uhlové usporiadanie poskytuje jednoduchú a pevnú štruktúru. Telo je vyrobené na CNC stroji. To je plus aj nevýhoda vývoja, pretože pre kvalitné opakovanie modelu musíte nájsť špecialistov a CNC stroj. Priemer kotúčov je 100 mm.

V internetovom obchode si môžete vziať aj hotový elektrický generátor.

Rotor elektrického generátora I. Belitsky

Rotor je železná náprava. Na ňom sú upevnené 2 železné disky, na ktorých sú umiestnené neodýmové magnety. Medzi kotúčmi na náprave je nalisované železné puzdro. Jeho dĺžka závisí od hrúbky statora. Jeho účelom je poskytnúť minimálnu medzeru medzi rotujúcimi magnetmi a statorovými cievkami. Každý disk obsahuje 12 neodýmových magnetov s priemerom 15 mm a hrúbkou 5 mm. Pre nich sú sedadlá vyrobené na disku.

Treba ich prilepiť epoxidová živica alebo iné lepidlo. V tomto prípade je potrebné prísne dodržiavať polaritu. V zostavenom stave by mali byť magnety umiestnené tak, aby boli oproti sebe ďalšie od opačného disku. V tomto prípade musia byť póly navzájom odlišné. Ako píše sám autor vývoja (Igor Beletsky): „Bude správne mať rôzne póly, aby siločiary vychádzali z jedného a vstupovali do druhého, určite S = N.“ Neodymové magnety si môžete kúpiť v čínskom internetovom obchode.

Statorové zariadenie

Ako podklad bol použitý textolit o hrúbke 12 m. V plechu boli vytvorené otvory pre cievky a puzdrá rotorov. Vonkajší priemer železných cievok, ktoré sú inštalované v týchto otvoroch, je 25 mm. Vnútorný priemer sa rovná priemeru magnetov (15 mm). Cievky plnia 2 úlohy: funkciu magneticky vodivého jadra a úlohu znižovať lepenie pri prechode z jednej cievky na druhú.

Cievky sú vyrobené z izolovaného drôtu hrúbky 0,5 mm. Na každej cievke je navinutých 130 závitov. Smer navíjania je u všetkých rovnaký.

Pri vytváraní výkonného generátora z, musíte vedieť, že čím vyššia je rýchlosť, ktorá môže byť poskytnutá, tým vyššie bude výstupné napätie a prúd zariadenia pre voľnú energiu.