Vetrnica iz pet steklenic. Moj domači vetrni generator na koračnem motorju Postopek izdelave lopatic in njihove pritrditve

Ko sem se vozil s kolesom mimo poletnih koč, sem videl delujoč vetrni generator:

Velike lopatice so se vrtele počasi, a zanesljivo, vetrokaz je usmerjal napravo v smeri vetra.
Želel sem implementirati podoben dizajn, ki sicer ne bi bil sposoben ustvariti dovolj energije za oskrbo z "resnimi" porabniki, a še vedno deluje in na primer polni baterije ali napaja LED.

Koračni motorji

Ena najučinkovitejših možnosti za majhno domačo vetrno turbino je uporaba koračni motor(SHD) (angleščina) koračni (koračni, koračni) motor) - v takem motorju je vrtenje gredi sestavljeno iz majhnih korakov. Navitja koračnega motorja so združena v faze. Ko na eno od faz teče tok, se gred premakne za en korak.
Ti motorji so nizka hitrost in na generator s takšnim motorjem se lahko priključi Vetrna turbina, Stirlingov motor ali drug vir energije z nizko hitrostjo. Pri uporabi običajnega (kolektorskega) enosmernega motorja kot generatorja bi bilo potrebnih 10-15-krat več, da bi dosegli enake rezultate. visoka frekvenca rotacija.
Značilnost steperja je dokaj visok začetni navor (tudi brez električnega bremena, priključenega na generator), ki doseže 40 gramov sile na centimeter.
Učinkovitost generatorja s koračnim motorjem doseže 40%.

Če želite preveriti delovanje koračnega motorja, lahko priključite na primer rdečo LED. Z vrtenjem gredi motorja lahko opazujete sij LED. Polarnost povezave LED ni pomembna, saj motor ustvarja izmenični tok.

Teh je dovolj močni motorji so petpalčni disketni pogoni, pa tudi stari tiskalniki in skenerji.

Motor 1

Na primer, imam SD iz starega 5,25-palčnega pogona, ki je še vedno deloval kot del ZX Spectrum- združljiv računalnik "Byte".
Takšen pogon vsebuje dve navitji, s koncev in sredine katerih se sklepa - skupaj, šestžice:

prvo navijanje tuljava 1) - modra (angleščina) modra) in rumena (eng. rumena);
drugo navijanje tuljava 2) - rdeča (angl. rdeča) in bela (angl. bela);
rjava (angleško) rjav) žice - zaključki iz središč vsakega navitja (eng. sredinske pipe).

razstavljen koračni motor

Na levi je viden rotor motorja, na katerem sta vidna "črtasta" magnetna pola - severni in južni. Desno je navitje statorja, sestavljeno iz osmih tuljav.
Upornost polovice navitja je ~ 70 ohmov.

Ta motor sem uporabil v svoji prvotni zasnovi vetrne turbine.

Motor 2

Moj manj zmogljiv koračni motor T1319635 podjetja Epoch Electronics Corp. iz optičnega bralnika HP Scanjet 2400 Ima pet izhodi (unipolarni motor):


prvo navijanje tuljava 1) - oranžna (angleško) oranžna) in črna (eng. Črna);
drugo navijanje tuljava 2) - rjava (angl. rjav) in rumena (eng. rumena);
rdeča (angleščina) rdeča) žica - vodniki, povezani skupaj od sredine vsakega navitja (eng. sredinske pipe).

Upornost polovice navitja je 58 ohmov, kar je navedeno na ohišju motorja.

Motor 3

V izboljšani različici vetrnega generatorja sem uporabil koračni motor Robotron SPA 42/100-558, izdelan v NDR in zasnovan za napetost 12 V:

Vetrna turbina

Obstajata dve možnosti za lokacijo osi rotorja (turbine) vetrnega generatorja - vodoravno in navpično.

prednost vodoravno(najbolj priljubljen) lokacijo osi, ki se nahaja v smeri vetra, je več učinkovita uporaba vetrna energija, slabost je kompleksnost zasnove.

izberem navpična razporeditev sekire - VAWT (vetrna turbina z navpično osjo), kar močno poenostavi zasnovo in ne zahteva orientacije glede na veter . Ta možnost je primernejša za montažo na streho, veliko bolj učinkovita je v pogojih hitre in pogoste spremembe smeri vetra.

Uporabil sem vrsto vetrne turbine, imenovano vetrna turbina Savonius. Vetrna turbina Savonius). Izumili so ga leta 1922 Sigurd Johannes Savonius) iz Finske.

Sigurd Johannes Savonius

Delovanje vetrne turbine Savonius temelji na dejstvu, da upor (angl. povlecite) do prihajajočega zračnega toka - veter konkavne površine cilindra (lopatice) je večji od konveksne.

Koeficienti aerodinamičnega upora ( angleščina koeficienti upora) $C_D$

dvodimenzionalna telesa:
konkavni polcilinder (1) - 2,30
konveksna polovica valja (2) - 1,20
ravna kvadratna plošča - 1,17
3D telesa:
konkavna votla polobla (3) - 1,42
konveksna votla hemisfera (4) - 0,38
krogla - 0,5
Navedene vrednosti so podane za Reynoldsova števila (angl. Reynoldsove številke) v območju $10^4 - 10^6$. Reynoldsovo število označuje obnašanje telesa v mediju.

Upor telesa proti zračnemu toku $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, kjer je $\rho$ gostota zraka, $v$ hitrost zračnega toka, $S $ - prerez telesa.

Takšna vetrna elektrarna se vrti v isto smer, ne glede na smer vetra:

Podoben princip delovanja ima tudi skodelicni anemometer (eng. skodelicni anemometer)- instrument za merjenje hitrosti vetra:

Tak anemometer je leta 1846 izumil irski astronom John Thomas Romney Robinson ( John Thomas Romney Robinson):

Robinson je verjel, da se skodelice v njegovem anemometru s štirimi skodelicami premikajo s hitrostjo, ki je enaka tretjini hitrosti vetra. V resnici se ta vrednost giblje od dve do malo več kot tri.

Trenutno se za merjenje hitrosti vetra uporabljajo anemometri s tremi skodelicami, ki jih je razvil kanadski meteorolog John Patterson ( John Patterson) leta 1926:

Generatorji enosmernega brušenega motorja z navpično mikroturbino se prodajajo na eBay za približno 5 $:

Takšna turbina vsebuje štiri lopatice, ki se nahajajo vzdolž dveh pravokotnih osi, s premerom rotorja 100 mm, višino lopatice 60 mm, dolžino tetive 30 mm in višino segmenta 11 mm. Tekač je nameščen na gredi mikromotorja enosmernega komutatorja z oznako JQ24-125H670. Nazivna napajalna napetost takega motorja je 3 ... 12 V.
Energija, ki jo ustvari takšen generator, je dovolj, da zasveti "bela" LED.

Hitrost vrtenja vetrne turbine Savonius ne sme preseči hitrosti vetra , vendar je ta oblika značilna visok navor (Angleščina) navor).

Učinkovitost vetrne turbine je mogoče oceniti s primerjavo moči, ki jo ustvari vetrni generator, z močjo vetra, ki piha okoli turbine:
$P = (1\nad 2) \rho S (v^3)$ , kjer je $\rho$ gostota zraka (približno 1,225 kg/m 3 na morski gladini), $S$ preplavljena površina turbina (angl. pometano območje), $v$ - hitrost vetra.

Moja vetrna turbina

Možnost 1

Na začetku je rotor mojega generatorja uporabljal štiri lopatice v obliki segmentov (polovic) valjev, izrezanih iz plastične cevi:


Velikosti segmentov -
dolžina segmenta - 14 cm;
višina segmenta - 2 cm;
dolžina tetive segmenta - 4 cm;

Sestavljeno konstrukcijo sem namestil na precej visok (6 m 70 cm) lesen jambor iz palice, pritrjen s samoreznimi vijaki na kovinski okvir:

Možnost 2

Pomanjkljivost generatorja je bila precej visoka hitrost vetra, potrebna za vrtenje lopatic. Za povečanje površine sem uporabil rezila, izrezana iz plastične steklenice :

Velikosti segmentov -
dolžina segmenta - 18 cm;
višina segmenta - 5 cm;
dolžina strune segmenta - 7 cm;
razdalja od začetka odseka do središča vrtilne osi je 3 cm.

Možnost 3

Težava se je izkazala v trdnosti držal za rezila. Sprva sem uporabil perforirane aluminijaste trakove iz sovjetskega otroškega oblikovalca debeline 1 mm. Po večdnevnem obratovanju so močni sunki vetra povzročili zlom lamel (1). Po tem neuspehu sem se odločil izrezati držala za rezila iz folijskega tekstolita (2) debeline 1,8 mm:

Upogibna trdnost tekstolita pravokotno na ploščo je 204 MPa in je primerljiva z upogibno trdnostjo aluminija - 275 MPa. Toda modul elastičnosti aluminija $E$ (70000 MPa) je veliko višji kot pri tekstolitu (10000 MPa), tj. Teksolit je veliko bolj elastičen kot aluminij. To bo po mojem mnenju, ob upoštevanju večje debeline nosilcev tekstolita, zagotovilo veliko večjo zanesljivost pritrditve lopatic vetrne turbine.
Vetrni generator je nameščen na jamboru:

Poskusno delovanje nove različice vetrnega generatorja je pokazalo njegovo zanesljivost tudi pri močnih sunkih vetra.

Slabost Savoniusove turbine je nizka učinkovitost - le približno 15 % vetrne energije se pretvori v vrtilno energijo gredi (to je veliko manj, kot je mogoče doseči z vetrna turbina Darja(Angleščina) vetrna turbina Darrieus)), z uporabo dvižne sile (eng. dvig). To vrsto vetrne turbine je izumil francoski letalski konstruktor Georges Darier. (Georges Jean Marie Darrieus) - 1931 ameriški patent št. 1.835.018 .

Georges Darier

Pomanjkljivost Darrieusove turbine je, da ima zelo slab samozagon (turbina se mora že vrteti, da ustvari navor iz vetra).

Pretvarjanje električne energije, ki jo ustvari koračni motor

Vodnike koračnega motorja je mogoče povezati z dvema usmernikoma na Schottkyjevem mostu, da se zmanjša padec napetosti na diodah.
Uporabite lahko priljubljene diode Schottky 1N5817 z največjo povratno napetostjo 20 V, 1N5819- 40 V in največji enosmerni povprečni usmerjeni tok 1 A. Izhode usmernikov sem povezal zaporedno, da bi povečal izhodno napetost.
Uporabite lahko tudi dva sredinska usmernika. Takšen usmernik zahteva polovico manj diod, hkrati pa se za polovico zmanjša tudi izhodna napetost.
Nato se valovitost napetosti izravna s kapacitivnim filtrom - kondenzatorjem 1000 uF pri 25 V. Za zaščito pred povečano generirano napetostjo je vzporedno s kondenzatorjem priključena 25 V zener dioda.


moj diagram vetrne turbine


elektronska enota mojega vetrnega generatorja

Uporaba vetrnih turbin

Napetost, ki jo ustvari vetrni generator, je odvisna od velikosti in konstantnosti hitrosti vetra.

Ko veter ziba tanke veje dreves, napetost doseže 2 ... 3 V.

Ko veter ziba debele veje dreves, napetost doseže 4 ... 5 V (z močnimi sunki - do 7 V).

POVEZOVANJE Z JOULE THIEF

Zglajena napetost iz kondenzatorja vetrnega generatorja se lahko napaja na nizko napetost DC-DC pretvornik

Vrednost upora upora R je izbran eksperimentalno (odvisno od vrste tranzistorja) - priporočljivo je uporabiti spremenljivi upor 4,7 kΩ in postopoma zmanjšati njegov upor, tako da dosežemo stabilno delovanje pretvornik.
Sestavil sem tak pretvornik na osnovi germanija pnp- tranzistor GT308V ( VT) in impulzni transformator MIT-4V (tuljava L1- sklepi 2-3, L2- sklepi 5-6):

NABOJ IONISTORJEV (SUPERKONDENZATORJEV)

Ionistor (superkondenzator, eng. superkondenzator) je hibrid kondenzatorja in kemičnega vira toka.
Ionistor - nepolarni element, vendar je lahko ena od sponk označena s "puščico" - za označevanje polarnosti preostale napetosti po tovarniškem polnjenju.
Za začetno raziskavo sem uporabil ionistor z zmogljivostjo 0,22 F za napetost 5,5 V (premer 11,5 mm, višina 3,5 mm):

Priključil sem ga preko diode na izhod preko germanijeve diode D310.

Za omejitev maksimalna napetost polnjenje ionistorja, lahko uporabite zener diodo ali verigo LED - jaz uporabljam verigo dva rdeče LED diode:

Za preprečitev izpraznitve že napolnjenega ionistorja skozi mejne LED HL1 in HL2 Dodal sem še eno diodo - VD2.

Se nadaljuje

Ta material vam bo zagotovo všeč, saj bomo v njem preučili, kako dobiti preprost generator iz starega računalniškega pogona CD / DVD.

Najprej vam ponujamo, da se seznanite z avtorjevim videom

Razmislite, kaj potrebujemo:
- star CD/DVD pogon;
- rezalniki žice;
- spajkalnik;
- kateri koli plastični kovček;
- žice;
- šesterokotnik;
- pralec.

Po mnenju avtorja domači generator, ideja je precej učinkovita, saj je razmerje med prestavnim razmerjem vrtljajev in motorjem, ki poganja zobnik, ki potiska pladenj za disk, precej veliko. Tako je možno, da pri nizkih vrtljajih istega zobnika dobimo dobre vrtljaje na elektromotorju in bomo lahko dobili generator. Ali se bo načrt izšel ali ne, bomo izvedeli ob koncu pregleda, zdaj pa se lotimo dela.

Najprej morate odspajkati ploščo, na kateri je nameščen motor.

Nato odrežemo del plastičnega ohišja pogona, na katerem leži motor, ter zobnik, ki ga potrebujemo. Kasneje bomo s tega orodja odstranili ročaj, da ga bomo lahko vrteli in proizvajali elektriko.

Vzamemo prvo žico in jo spajkamo na enega od kontaktov motorja.

Spajkajte drugo žico na drugi kontakt.

Za testiranje generatorja avtor ideje uporablja UBS vhode, ki so nameščeni v plastičnem ohišju. Tako z lepilno pištolo prilepi kos pogona z motorjem in zobnikom v to ohišje.

Za izdelavo ročaja boste potrebovali šesterokotnik in podložko. Te dele je treba pritrditi drug na drugega. Avtor to naredi s spajkanjem.

Prispajkajte žice na priključke USB.

Na drugi polovici plastičnega ohišja morate narediti luknjo za rob zobnika.

Nazadnje prilepite domači ročaj na rob zobnika. Naš generator je pripravljen.

Obstaja način, da dobite elektriko popolnoma brezplačno. Dovolj je, da na svojem spletnem mestu izdelate in namestite vetrni generator. Tradicionalni viri električne energije danes te ne bodo mogli nadomestiti, bodo pa gospodinjstvu dodali nekaj prijetnih odstotkov ponosne neodvisnosti. Najpomembnejša stvar je, da lahko dobesedno "sestavite" polnopravni generator iz katerega koli starega smeti in smeti.

Potrebovali bomo

Najprej morate dobiti črpalko iz avtomata pralni stroj. Uporablja se za črpanje vode iz bobna v kanalizacijo in stoji na samem dnu. Potrebovali boste tudi štiri pokvarjene trde diske, dolgo palico za namestitev strukture, številne vijake, matice, podložke. Končno so potrebne žice.

Za kaj je črpalka?

Črpalka bo uporabljena kot sam generator, ki bo proizvajal električno energijo. Črpalka je sestavljena iz gibljivega rotorja s trajnimi magneti in gibljivega statorja z magnetnim krogom v obliki črke U ter tuljave, ki je pritrjena na to strukturo. Rotor se enostavno izvleče. Zahvaljujoč omenjenim trajnim magnetom se iz takšne črpalke pridobi odličen generator, ki lahko oddaja napetosti do 250 V.

proizvodni proces generatorja

Najbolje je, da črpalko pritrdite s spono, ki jo je najlažje izdelati iz jeklenih vogalov. Najverjetneje jih bo treba ustrezno rezati. V magnetnem krogu črpalke lahko varno naredite dodatno luknjo za varnejšo pritrditev. To je pravzaprav vse, kar je treba storiti na tej stopnji.

Postopek izdelave rezil in njihovega pritrjevanja

Lopatice vetrnih turbin so lahko izdelane iz pvc cevi. Če želite to narediti, ga razrežite na tri enake dele. Iz takšnih praznin lahko naredite bolj "elegantne" elemente. Na mestih, kjer so rezila pritrjena, ne pozabite narediti ustreznih lukenj za naknadno pritrditev. Iz podobnega materiala je treba izdelati tudi repno lopatico, ki bo vodila generator.

Rezila bomo pritrdili na dva diska s trdega diska. Celotna težava te faze dela je v tem, da na ustreznih mestih naredite luknje v diskih in nato nanje privijete rezila s pomočjo pripravljenih vijakov in podložk.

Vrtljiva

Majhen, a zelo pomembna podrobnost. Za izdelavo kota obračanja lahko uporabite motor iz trdi disk. Ima zelo dobre ležaje, zato se bo ta element popolnoma spopadel z nalogo. Na ta element bo nameščen disk z generatorjem.

Generalna skupščina

Zdaj ostane le še zbiranje vetrni generator, pritrdimo žice na naš drog, nanj namestimo rotacijski element, prav tako dvignemo in postavimo "mlin" na primerno mesto. Po zaključku dela bo pravilno izvesti majhne teste. Seveda vetrni generator ne bo dal največjih 250 V, vendar bo rezultat dela še vedno prijeten! Podroben postopek izdelave si lahko ogledate v spodnjem videu.

Želim več zanimivega uporabni nasveti za primestno območje za naslednjo sezono? Kaj pa če bi izvedeli več in ga spremenili v uporabno stvar za gospodinjstvo.

Preprost vetrni generator je mogoče izdelati iz več okvarjenih trdi diski in vodno črpalko iz pralnega stroja. Alternativna energija je bližje, kot se zdi, zdaj je več kot dovolj smeti za izdelavo tako potrebnih pripomočkov. Takšna zasnova seveda ne bo napajala celotne hiše z elektriko, bo pa povsem primerna za polnjenje vseh vrst USB pripomočkov.

Trajalo bo

• črpalka iz avtomatske pralni stroj. Stoji na samem dnu in služi za črpanje vode iz bobna v kanalizacijo.
• Štirje trdi diski, lahko različnih proizvajalcev.
• Palica je dolga cev za pritrditev vetrnice na višino.
• Vijaki, matice, podložke.
• Žice.

Nekaj ​​besed o vodni črpalki

Vodna črpalka bo uporabljena kot generator, ki proizvaja električno energijo. Sestavljen je iz gibljivega rotorja s trajnimi magneti in gibljivega statorja z magnetnim krogom v obliki črke U in tuljavo na njem.

Rotor je precej enostavno izvleči.

Zahvaljujoč uporabi trajnih magnetov takšna črpalka odlično deluje kot generator, ki lahko oddaja do 250 V. Seveda naša vetrnica ne bo dala takšne hitrosti in izhodna napetost bo nekajkrat manjša.

Izdelava vetrnih turbin

Odločeno je bilo, da se črpalka pritrdi s konstrukcijskimi jeklenimi vogali, jih upogne in reže na pravi način.

Izkazalo se je tako, nekakšen ovratnik.

Za varnejšo pritrditev je bila v magnetnem krogu črpalke narejena luknja.

Montažni sklop.

Lopatice vetrnih turbin

Rezila so izdelana iz PVC cevi.

Cev vzdolž razrežemo na tri enakomerne dele.

In potem iz vsake polovice izrežemo lastno rezilo.

Na mestih, kjer so rezila pritrjena na generator, naredimo luknje.

Pritrditev rezila

Za pritrditev lopatic vetrnega generatorja sta bila uporabljena dva diska iz trdega diska.

Luknja v kateri je popolnoma prilagojena premeru rotorja.

Označimo.

Vrtanje.

Diski so pritrjeni na rotor s sorniki, podložkami in maticami.

Privijte rezila.

Vrtljiva

Da bi se vetrnica vrtela v različnih smereh glede na veter, jo je treba namestiti na gramofon, v vlogi katerega bo uporabljen motor s trdega diska, saj so ležaji zelo dobri.

V prihodnosti bo nanj nameščen disk, na katerega bo pritrjen generator.

Izvrtajte luknjo pod nosilcem in odrežite nepotrebne dele.

Generalna skupščina

Na HDD motor, ki ga bomo uporabljali kot gramofon, pritrdimo vogale na treh mestih.

Iz kartona ali plastike izrežemo repno lopatico, tako da veter sam usmerja ventilator.

Zdaj pa začnimo vse sestavljati.

Vzamemo drog in pritrdimo žico za napajanje.

Vzamemo prelomnico.

Vstavimo v cev in zategnemo matice, ki jih ločimo ob straneh.

V glavnem dobro drži.

V tem članku bomo obravnavali model močnega magnetnega generatorja, ki lahko proizvaja električno energijo z močjo 300 vatov. Okvir je sestavljen iz dural plošč debeline 10 mm. Generator je sestavljen iz 3 glavnih delov: ohišje, rotor, stator. Glavni namen ohišja je pritrditev rotorja in statorja v strogo določenem položaju. Rotacijski rotor se ne sme dotikati statorskih tuljav z magneti. Ohišje iz duraluminija je sestavljeno iz 4 delov. Kotna postavitev zagotavlja preprosto in togo strukturo. Telo je izdelano na CNC stroju. To je hkrati plus in slabost razvoja, saj je za kakovostno ponovitev modela potrebno najti strokovnjake in CNC stroj. Premer diskov je 100 mm.

V spletni trgovini lahko vzamete tudi že pripravljen električni generator.

Rotor električnega generatorja I. Belitsky

Rotor je železna os. Na njem sta pritrjena 2 železna diska z neodimskimi magneti, ki se nahajajo na njih. Med koluti na osi je vtisnjena železna puša. Njegova dolžina je odvisna od debeline statorja. Njegov namen je zagotoviti minimalno režo med vrtljivimi magneti in tuljavami statorja. Vsak disk vsebuje 12 neodimovih magnetov s premerom 15 mm in debelino 5 mm. Za njih so sedeži narejeni na disku.

Treba jih je prilepiti epoksidne smole ali drugo lepilo. V tem primeru je treba strogo upoštevati polarnost. Ko so sestavljeni, morajo biti magneti nameščeni tako, da nasproti vsakega stoji še en nasprotni disk. V tem primeru se morata poli med seboj razlikovati. Kot piše sam avtor razvoja (Igor Beletsky): "Pravilno bo, da imamo različne poli, tako da črte sile izhajajo iz enega in vstopijo v drugega, vsekakor S = N." Neodimske magnete lahko kupite v kitajski spletni trgovini.

Statorska naprava

Za osnovo je bil uporabljen listni tekstolit debeline 12 m, v pločevini so bile narejene luknje za tuljave in rotorske puše. Zunanji premer železnih tuljav, ki so nameščene v te luknje, je 25 mm. Notranji premer je enak premeru magnetov (15 mm). Tuljave opravljajo 2 nalogi: funkcijo magnetno prevodnega jedra in nalogo zmanjšanja lepljenja pri premikanju z ene tuljave na drugo.

Tuljave so izdelane iz izolirane žice debeline 0,5 mm. Na vsako tuljavo je navitih 130 ovojev. Smer navijanja je za vse enaka.

Ko ustvarjate močan generator iz, morate vedeti, da višja kot je hitrost, ki jo je mogoče zagotoviti, večja bo izhodna napetost in tok naprave za brezplačno energijo.