Защита ветрогенератора от сильного ветра. Бурезащита ветрогенератора складыванием хвоста. Схема защиты от сильного ветра

Изготовление ветрогенератора своими руками

После того как приобретён генератор, можно приступать к сборке ветрогенератора своими руками. На рисунке изображено устройство ветроэлектростанции. Способ крепления и расположения узлов может быть иным и зависит от индивидуальных возможностей конструктора, но нужно придёрживаться размеров основных узлов на рис. 1. Эти размеры подобранны под данную ветряную электростанцию с учетом конструкции и размеров ветроколеса.

Электрический генератор для ветряной электростанции

При подборе генератора электрического тока для ветроэлектростанции прежде всего нужно определить частоту вращения ветроколеса. Рассчитать частоту вращения ветроколеса W (при нагрузке) можно по формуле:

W=V/L*Z*60,
L=π*D,

где V - скорость ветра, м/с; L - длинна окружности, м; D - диаметр ветроколеса; Z - показатель быстроходности ветроколеса (см. табл. 2).

Таблица 2. Показатель быстроходности ветроколеса

Если в эту формулу подставить данные для выбранного ветроколеса диаметром 2 м и 6 лопастями, то получим частоту вращения. Зависимость частоты от скорости ветра показано в табл. 3.

Таблица 3. Обороты ветроколеса диаметром 2 м с шестью лопастями в зависимости от скорости ветра

Примем максимальную рабочую скорость ветра равной 7-8 м/с. При более сильном ветре работа ветрогенератора будет небезопасной и должна будет ограничиваться. Как мы уже определили, при скорости ветра 8 м/с максимальная мощность выбранной конструкции ветроэлектростанции будет равна 240 Вт, что соответствует частоте вращения ветроколеса 229 об/мин. Значит, нужно подобрать генератор с соответствующими характеристиками.

К счастью, времена тотального дефицита «канули в Лету», и нам не придётся по традиции приспосабливать автомобильный генератор от ВАЗ-2106 к ветряной электростанции. Проблема в том, что такой автомобильный генератор, например, Г-221 является высокооборотным с номинальной частотой вращения от 1100 до 6000 об/мин. Получается, без редуктора наше тихоходное ветроколесо ни как не сможет раскрутить генератор до рабочих оборотов.

Делать редуктор к нашему «ветряку» мы не будем, и поэтому подберём другой тихоходный генератор, чтобы закрепить ветроколесо просто на валу генератора. Наиболее подходящим для этого является веломотор, специально разработанный для мотор-колеса велосипедов. Такие веломоторы имеет низкие рабочие обороты, и могут легко работать в режиме генератора. Наличие постоянных магнитов в этом типе двигателя будет означать отсутствии проблем с возбуждением генератора как в случае, например, с асинхронными двигателями переменного тока, у которых, обычно, используются электромагниты (обмотка возбуждения). Без подпитки током обмотки возбуждения такой двигатель не будет вырабатывать ток при вращении.

К тому же весьма приятная особенность веломоторов заключается в том, что они относятся к бесколлекторным двигателям, а значит, не требуют замены щёток. В табл. 4 представлен пример технических характеристик веломотора мощностью 250 Вт. Как видим из таблицы, этот веломотор отлично подойдёт в качестве генератора для «ветряка» мощностью 240 Вт и с максимальными оборотами ветроколеса 229 об/мин.

Таблица 4. Технические характеристики веломотора мощностью 250 Вт

Изготовление ветрогенератора своими руками

После того как приобретён генератор, можно приступать к сборке ветрогенератора своими руками. На рисунке изображено устройство ветроэлектростанции. Способ крепления и расположения узлов может быть иным и зависит от индивидуальных возможностей конструктора, но нужно придёрживаться размеров основных узлов на рис. 1. Эти размеры подобранны под данную ветряную электростанцию с учетом конструкции и размеров ветроколеса.

На рис. 1 изображены размеры боковой лопаты (1), хвоста с оперением (2), а также рычага (3), через который передаётся усилие от пружины. Хвост с оперением для поворота ветроколеса по ветру нужно изготовить по размерам на рис. 1 из профильной трубы 20х40х2,5 мм и кровельного железа в качестве оперения.

Крепить генератор следует на таком расстоянии, чтобы минимальное расстояние между лопастями и мачтой было не менее 250 мм. В противном случае нет гарантий, что лопасти, прогнувшись под действием ветра и гироскопических сил, не разобьются об мачту.

Изготовление лопастей

Ветряк своими руками обычно начинается из лопастей. Наиболее подходящим материалом для изготовления лопастей тихоходного ветряка является пластик, точнее пластиковая труба. Изготовить лопасти из пластиковой трубы проще всего - небольшая трудоёмкость и трудно ошибиться новичку. Также пластиковые лопасти в отличии от деревянных гарантированно не покорежатся от влаги.

Труба должна быть из ПВХ диаметром 160 мм для напорного трубопровода или канализации, например, SDR PN 6,3. У таких труб толщина стенки не менее 4 мм. Трубы для безнапорной канализации не подойдут! Эти трубы слишком тонкие и непрочные.

На фото изображено ветроколесо с разбившимися лопастями. Эти лопасти были изготовлены из тонкой ПВХ трубы (для безнапорной канализации). Они прогнулись от давления ветра и разбились об мачту.

Расчет оптимальной формы лопасти довольно сложный и нет необходимости его тут приводить, пусть им занимаются профессионалы своего дела. Нам же достаточно изготовить лопасти, используя уже рассчитанный шаблон по рис. 2, на котором изображено размеры шаблона в миллиметрах. Нужно просто вырезать такой шаблон из бумаги (фото шаблона лопасти в масштабе 1:2), далее приложить к трубе 160 мм, нарисовать контур шаблона на трубе маркером и вырезать лопасти с помощью электролобзика или вручную. Красными точками на рис. 2 изображено ориентировочное расположение креплений лопастей.

В итоге у Вас должно будет получиться шесть лопастей, формой как на фотографии. Чтобы полученные лопасти имели более высокий КИЭВ и меньше издавали шума при вращении, нужно сточить острые углы и края, а также отшлифовать все шершавые поверхности.

Для крепления лопастей к корпусу веломотора нужно использовать головку ветродвигателя, которая представляет собой диск из мягкой стали толщиной 6-10 мм. К нему приварены шесть стальных полос толщиной 12 мм и монтажной длинной 30 см с отверстиями для крепления лопастей. Диск крепится к корпусу веломотора с помощью болтов с контргайками за отверстия под крепление спиц.

После изготовления ветроколеса, его нужно обязательно отбалансировать. Для этого ветроколесо закрепляется на высоте в строго горизонтальном положении. Желательно, это сделать в закрытом помещении, где нет ветра. При сбалансированном ветроколесе лопасти не должны самопроизвольно поворачиваться. Если же какая-то лопасть тяжелее, её нужно сточить с конца до уравновешивания в любом положении ветроколеса.

Также нужно проверить вращаются ли все лопасти в одной плоскости. Для этого замеряется расстояние от конца нижней лопасти до какого-нибудь ближайшего предмета. Затем ветроколесо поворачивается и замеряется расстояние от выбранного предмета до других лопастей. Расстояние от всех лопастей должно быть в пределах +/- 2 мм. Если разница больше, то перекос нужно устранить, подогнув стальную полосу к которой крепится лопасть.

Крепление генератора (веломотора) к раме

Поскольку генератор испытывает большие нагрузки, в том числе и от гироскопических сил, его следует надёжно закрепить. Сам веломотор имеет прочную ось, поскольку используется при больших нагрузках. Так, его ось должна выдерживать вес взрослого человека при динамических нагрузках, возникающих при ездё на велосипеде.

Но на раме велосипеда веломотор крепится с двух сторон, а не с одной, как будет при работе в качестве генератора тока для ветряной электростанции. Поэтому вал нужно крепить к станине, которая представляет собой металлическую деталь с резьбовым отверстием для накручивания на вал веломотора соответствующего диаметра (D) и четырьмя монтажными отверстиями для крепления стальными болтами М8 к раме.

Желательно, использовать максимально большую длину свободного конца вала для крепления. Чтобы вал не прокручивался в станине, его нужно закрепить гайкой с контршайбой. Станину лучше всего изготовить из дюралюминия.

Для изготовления рамы ветрогенератора, то есть основы, на которой будут располагаться все другие детали, нужно использовать стальную пластину толщиной 6-10 мм или отрезок швеллера подходящей ширины (зависит от наружного диаметра поворотного узла).

Изготовление токоприёмника и поворотного узла

Если к генератору просто привязать провода, то рано или поздно провода перекрутятся при вращении ветряка вокруг оси и оборвутся. Чтобы этого не произошло, нужно применить подвижный контакт - токоприёмник, который состоит из втулки, изготовленной из изоляционного материала (1), контактов (2) и щёток (3). Для защиты от осадков контакты токоприёмника должны быть закрыты.

Для изготовления токоприёмника ветрогенератора удобно использовать такой способ: сначала на готовом поворотном узле размещаются контакты, например, из толстой латунной или медной проволоки прямоугольного сечения (используется для трансформаторов), контакты должны быть уже с припаянными проводами (10), в качестве которых нужно использовать одно- или многожильный медный провод сечением не менее 4 мм 2 . Контакты накрываются пластиковым стаканчиком или другой ёмкостью, закрывается отверстие в опорной втулке (8) и заливается эпоксидной смолой. На фото использована эпоксидная смола с добавкой двуокиси титана. После затвердевания эпоксидной смолы деталь стачивается на токарном станке до появления контактов.

В качестве подвижного контакта лучше всего использовать медно-графитовые щетки от автомобильного стартёра с плоскими пружинами.

Для того чтобы ветряное колесо ветрогенератора могло поворачиваться по ветру, необходимо обеспечить подвижное соединения рамы ветродвигателя с неподвижной мачтой. Подшипники располагаются между опорной втулкой (8), которая через фланец соединяется с трубой мачты с помощью болтов и муфтой (6), которая приваривается дуговой сваркой (5) к раме (4). Чтобы облегчить поворот, нужен поворотный узел с использованием подшипников (7) с внутренним диаметром не менее 60 мм. Лучше всего подойдут роликоподшипники, которые лучше воспринимают осевые нагрузки.

Защита ветряной электростанции от ураганного ветра

Максимальная скорость ветра, при которой может эксплуатироваться данная ветряная электростанция, составляет 8-9 м/с. Если скорость ветра больше, работа ветряной электростанции должна ограничиваться.

Конечно, этот предлагаемый тип ветряка для изготовления своими руками тихоходный. Вряд ли лопасти раскрутятся до чрезвычайно высоких оборотов, при которых они разрушаться. Но при слишком сильном ветре давление на хвост оперения становится очень значительным, и при резком изменении направления ветра ветрогенератор будет резко поворачиваться.

Учитывая же, что лопасти при сильном ветре быстро вращаются, то ветроколесо превращается в большой тяжелый гироскоп, который противится любым поворотам. Именно поэтому между рамой и ветроколесом возникают значительные нагрузки, которые сосредотачиваются на валу генератора. Известно много случаев, когда любители строили ветрогенераторы своими руками без какой-либо защиты от ураганно ветра, и у них из-за значительных гироскопических сил ломались прочные оси автомобильных генераторов.

Кроме того, шестилопасное ветроколесо диаметром 2 м обладает значительным аэродинамическим сопротивлением, и при сильном ветре будет значительно нагружать мачту.

Поэтому, чтобы самодельный ветрогенератор служил долго и надёжно, а ветроколесо не свалилось на голову прохожим, необходимо защищать его от ураганных ветров. Проще всего защитить ветряк с помощью боковой лопаты. Это довольно простое устройство, которое хорошо зарекомендовало себя на практике.

Работа боковой лопаты заключается в следующем: при рабочем ветре (до 8 м/с) давление ветра на боковую лопату (1) меньше жесткости пружины (3), и ветряк устанавливается приблизительно по ветру с помощью оперения. Для того чтобы пружина не складывала ветряк при рабочем ветре более чем это нужно, между хвостом (2) и боковой лопатой натянута растяжка (4).

Когда скорость ветра достигает 8 м/с, давление на боковую лопату становится сильнее, чем усилие пружины, и ветрогенератор начинает складываться. При этом ветряной поток начинает набегать на лопасти под углом, что ограничивает мощность ветроколеса.

При очень сильном ветре ветряк складывается полностью, и лопасти устанавливаются параллельно направлению ветра, работа ветряка практически прекращается. Обратите внимание, что хвост оперения не связан с рамой жестко, а вращается на шарнире (5), который должен быть изготовлен из конструкционной стали и иметь диаметр не менее 12 мм.

Размеры боковой лопаты приведены на рис. 1. Саму боковую лопату, также как и оперение, лучше всего изготовить из профильной трубы 20х40х2,5 мм и стального листа толщиной 1-2 мм.

В качестве рабочей пружины можно использовать любые пружины из углеродистой стали с защитным цинковым покрытием. Главное, чтобы в крайнем положении усилие пружины равнялось 12 кг, а в начальном положении (когда ветряк ещё не складывается) - 6 кг.

Для изготовления растяжки следует использовать стальной велосипедный тросик, концы тросика загибаются в петлю, а свободные концы закрепляются восемью витками медной проволки диаметром 1,5-2 мм и спаиваются оловом.

Мачта ветрогенератора

В качестве мачты для ветряной электростанции можно использовать стальную водопроводную трубу диаметром не менее 101-115 мм и минимальной длинной 6-7 метров при условии относительно открытой местности, где на расстоянии 30 м не было бы препятствий для ветра.

Если же ветряную электростанцию невозможно установить на открытой площадке, то тут ничего не поделаешь. Нужно увеличивать высоту мачты так, чтобы ветроколесо было хотя бы на 1 м выше окружающих препятствий (домов, деревьев), иначе выработка электроэнергии ощутимо снизится.

Само основание мачты следует устанавливать на бетонную площадку, чтобы оно не продавливалось в размокшую почву.

В качестве растяжек нужно использовать стальные оцинкованные монтажные тросы, диаметром не менее 6 мм. Растяжки крепятся к мачте посредством хомута. У земли тросы крепятся к прочным стальным колышкам (из трубы, швеллера, уголка и т.д.), которые закопаны в землю под углом на полную глубину полтора метра. Ещё лучше, если они дополнительно замоноличенны у основания бетоном.

Поскольку мачта в сборе с ветрогенератором обладает значительным весом, то для ручной установки нужно использовать противовес, изготовленный из такой же стальной трубы, как и мачта или деревянного бруса 100х100 мм с грузом.

Электрическая схема ветряной электростанции

На рисунке изображена простейшая схема зарядки аккумуляторов: три вывода от генератора подключаются к трёхфазному выпрямителю, который представляет собой три диодных полумоста подключенных параллельно и объединённых звездой. Диоды должны быть рассчитаны на минимальное рабочее напряжение 50В и ток 20А. Так как максимальное рабочее напряжение от генератора будет равно 25-26 В, то выводы от выпрямителя подключаются к двух батареям на 12 вольт, соединённых последовательно.

При использовании такой простейшей схемы зарядка аккумуляторов протекает следующим образом: при низком напряжении менее 22 В зарядка аккумуляторов происходит очень слабо, поскольку ток ограничивается внутренним сопротивлением аккумуляторов. При скорости ветра 7-8 м/с вырабатываемое напряжение генератора будет в пределах 23-25 В, и начнётся интенсивный процесс зарядки аккумуляторов. При более высокой скорости ветра работа ветрогенератора будет ограничиваться боковой лопатой. Для защиты аккумуляторных батарей (при аварийной работе ветряной электростанции) от чрезмерного сильного тока в схеме должен быть плавкий предохранитель, рассчитанный на максимальный ток 25 А.

Как видите, эта простая схема имеет значительный недостаток - при тихом ветре (4-6 м/с) аккумуляторная батарея практически не будет заряжаться, а ведь именно такие ветра чаще всего встречаются на равнинной местности. Для того чтобы подзаряжать аккумуляторные батареи при несильном ветре, нужно использовать контроллер заряда, который подключается перед аккумуляторными батареями. Контроллер заряда будет автоматически преобразовывать необходимое напряжение, также контроллер более надёжен, чем плавкий предохранитель и предупреждает перезаряд аккумуляторов.

Чтобы использовать аккумуляторные батареи для питания бытовой техники рассчитанной на переменное напряжение 220 В, понадобится дополнительно инвертор для преобразования постоянного напряжения 24 В соответствующей мощности, которая подбирается в зависимости от пиковой мощности. Например, если Вы будете подключать к инвертору освещение, компьютер, холодильник, то вполне достаточно инвертора рассчитанного на 600Вт, если же планируете хоть изредка дополнительно пользоваться электродрелью или дисковой пилой (1500 Вт), то следует выбрать инвертор мощностью 2000 Вт.

На рисунке показано более сложную электрическую схему: в ней ток от генератора (1) сначала выпрямляется в трехфазном выпрямителе (2), далее напряжение стабилизируется контроллером заряда (3) и заряжает аккумуляторные батареи на 24 В (4). Для питания бытовых приборов подключается инвертор (5).

Токи от генератора достигают десятки ампер, поэтому для соединения всех приборов в цепи следует использовать медные провода общим сечением 3-4 мм 2 .

Желательно ёмкость аккумуляторных батарей взять не менее 120 а/ч. Общая емкость батарей будет зависеть от средней интенсивности ветра в регионе, а также от мощности и частоты подключаемой нагрузки. Более точно необходимая ёмкость будет известна в процессе эксплуатации ветряной электростанции.

Уход за ветряной электростанцией

Рассмотренный тихоходный ветрогенератор для изготовления своими руками, как правило, хорошо запускается при слабом ветре. Для нормальной работы ветрогенератора вцелом нужно придерживаться таких правил:

1. Через две недели после запуска опустить ветрогенератор при слабом ветре и проверить все крепления.

Увеличение интереса пользователей к альтернативным источникам электроэнергии вполне объяснимо. Отсутствие возможностей для подключения к централизованным сетям вынуждает использовать другие методы обеспечения жилья или временных пунктов проживания электроэнергией. Доля постоянно возрастает, так как приобретение промышленного образца - дело весьма затратное и всегда достаточно эффективное.

При создании ветряка следует учитывать возможность шквальных порывов ветра и принимать соответствующие меры предохранения конструкции от них.

Для чего нужна защита от сильного ветра?

Работа ветрогенератора рассчитана на определенную силу ветра. Обычно во внимание принимаются средние показатели, типичные для данного региона. Но при усилении ветрового потока до критических значений, что иногда случается в любой местности, возникает риск выхода устройства из строя, а в некоторых случаях - полного разрушения.

Оборудованы защитой от подобных перегрузок либо по току (при превышении допустимого значения напряжения срабатывает электромагнитный тормоз), либо по скорости вращения (механический тормоз). Самодельные конструкции также необходимо снабжать подобными приспособлениями.

Рабочие колеса, особенно снабженные , при больших скоростях вращения начинают действовать по принципу гироскопа и сохраняют плоскость вращения. В таких условиях хвост не может выполнять свою работу и ориентировать устройство по оси потока, что приводит к поломкам. Такое возможно даже если скорость ветра не слишком велика. Поэтому приспособление, замедляющее ход рабочего колеса, является необходимым элементом конструкции.

Возможно ли изготовление приспособления своими руками?

Изготовление приспособления вполне возможно. Мало того, это является абсолютной необходимостью. Тормозное устройство должно быть предусмотрено еще на стадии проектирования ветряка. Параметры работы приспособления необходимо как можно тщательнее рассчитать, чтобы его возможности не оказались слишком низкими по сравнению с реальными потребностями конструкции.

Прежде всего надо выбрать способ реализации тормозного устройства. Обычно для таких конструкций используются простые и безотказные механические приспособления, но могут быть созданы и электромагнитные образцы. Выбор зависит от того, какие ветра преобладают в регионе и какова конструкция самого ветряка.

Самый простой вариант - изменение направления оси ротора, производимое вручную. Для этого потребуется лишь установить шарнир, но необходимость выходить при сильном ветре на улицу - не самое лучшее решение. Кроме того, не всегда имеется возможность ручной остановки, так как в этот момент можно находиться далеко от дома.

Принцип действия

Существует несколько механических способов торможения рабочего колеса. Наиболее распространенными вариантами для горизонтальных конструкций ветряка являются:

• увод ротора от ветра при помощи боковой лопасти (остановка методом складывающегося хвоста);
• торможение ротора с помощью боковой лопасти.

Вертикальные конструкции обычно тормозятся при помощи грузов, навешанных на внешних точках лопастей. При увеличении скорости вращения они под действием центробежной силы начинают давить на лопасти, вынуждая их складываться или разворачиваться боком к ветру, отчего скорость вращения снижается.

Внимание! Такой способ торможения прост и наиболее эффективен, позволяет регулировать скорость вращения рабочего колеса, но применим только для вертикальных конструкций.

Метод защиты складыванием хвоста

Приспособление, осуществляющее увод от ветра складыванием хвоста, позволяет плавно и достаточно гибко регулировать скорость вращения ротора. Принцип действия такой системы заключается в использовании бокового рычага, установленного в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси вращения. Вращающееся рабочее колесо и рычаг соединены жестко, а хвост прикрепляется через подпружиненное шарнирное соединение, действующее в горизонтальной плоскости.

При номинальных значениях силы ветра боковой рычаг не способен уводить ротор в сторону, так как хвост направляет его по ветру. При усилении ветра давление на боковую лопасть увеличивается и превышает усилие пружины. При этом ось ротора отворачивается от ветра, воздействие на лопасти снижается и ротор замедляется.

Другие способы

Второй способ механического торможения близок по конструкции, но боковая лопасть действует иначе - при усилении ветра начинает через специальные колодки давить на ось ротора, замедляя его вращение. При этом, ротор и хвост устанавливаются на одном валу, а шарнирное соединение с пружиной применено на боковом рычаге.

При нормальных скоростях ветра пружина удерживает рычаг перпендикулярно оси, при усилении он начинает отклоняться в сторону хвоста, прижимая к оси тормозные колодки и тормозя вращение. Такой вариант хорош при небольших размерах лопастей, поскольку усилие, прилагаемое к валу для его остановки, должно быть довольно большим. На практике этот вариант используется только при относительно невысоких скоростях ветра, при шквальных порывах метод малоэффективен.

Помимо механических приспособлений широко используются электромагнитные. При возрастании напряжения начинает срабатывать реле, притягивающее к валу тормозные колодки.

Другим вариантом, который может быть использован для защиты, является размыкание контура при возникновении слишком высокого напряжения.

Внимание! Некоторые способы осуществляют лишь защиту электрической части комплекса, не воздействуя на механические элементы конструкции. Такие методы не способны обеспечить целостность ветряка в случае внезапных шквальных ветров и могут использоваться лишь как дополнительные меры, действующие в паре с механическими приспособлениями.

Схема и чертежи защиты

Для более наглядного представления о принципе действия тормозного приспособления рассмотрим кинематическую схему.

На рисунке видно, что пружина в нормальном состоянии удерживает вращающийся узел и хвост на одной оси. Усилие, создаваемое потоком ветра, преодолевает сопротивление пружины при повышении скорости и понемногу начинает изменять направление оси ротора, давление ветра на лопасти снижается, из-за чего скорость вращения падает.

Эта схема является наиболее распространенной и эффективной. Она проста в исполнении, позволяет создать приспособление из подручных материалов. Кроме того, настройка этого тормоза проста и сводится к подбору пружины или настройке ее усилия.

Внимание! Максимальный угол поворота ротора не рекомендуется делать больше 40-45°. Большие углы способствуют полной остановке ветряка, который после этого с трудом запускается при неровных шквалистых ветрах.

Порядок расчета

Расчет тормозного устройства довольно сложен. Для него понадобятся различные данные, найти которые непросто. Неподготовленному человеку произвести такой расчет сложно, велика вероятность ошибок.

Тем не менее, если самостоятельный расчет по каким-либо причинам необходим, можно воспользоваться формулой:

P x S x V 2 = (m x g x h) x sinα , где:

• P - усилие, прилагаемое к винту потоком ветра,
• S - площадь лопастей винта,
• V - скорость ветра,
• m - масса,
• g - ускорение свободного падения (9,8),
• h - расстояние от шарнира до точки крепления пружины,
• sinα - угол наклона хвоста относительно оси вращения.

Следует учитывать, что значения, полученные при самостоятельных расчетах, требуют правильной интерпретации и полного понимания физической сути процесса, происходящего при вращении. В данном случае не будут достаточно корректными, поскольку не будут учтены тонкие эффекты, сопутствующие функционированию ветряка. Тем не менее, значения, вычисленные таким образом, смогут дать порядок величин, необходимый для изготовления устройства.

Процесс создания ветрогенератора сопровождается массой расходов и требует множества разнообразных действий, что само по себе вынуждает максимально защищать конструкцию от возможности разрушения. Если появляется заранее предвидимая опасность разрушения или выхода из строя комплекса, то пренебрегать созданием и применением защитных устройств не следует ни в коем случае.

Домашнему мастеру важна идея, основной принцип механизма или устройства. Детали он додумает сам, исходя из своего понимания эффективности конструкции, наличия необходимых материалов и узлов.

Ветрогенераторы для частного дома, при всех своих достоинствах, в условиях России пока экзотическая и дорогая техника. Цена устройства заводского исполнения мощностью 750 ватт начинается от 50 тыс. руб., за покупку ветрогенератора на 1500 ватт с вас возьмут более 100 тыс. руб. Мастера, изготовившие своими руками не один домашний механизм, не могли пройти мимо возможности сконструировать самодельный ветрогенератор. Их опыт, знания и советы использованы в описании, предлагаемого для самостоятельного исполнения ветряка.

Главное отличие ветрогенератора от других систем генерации в том, что он постоянно вырабатывает энергию при движении воздуха со скоростью начиная от 2 м/с. Континентальные климатические условия России, обуславливают стабильное наличие такого ветра практически на всей территории.

Ветрогенераторы, в большей или меньшей степени, обеспечивают независимость от сетей электроснабжения. Эту независимость даёт блок аккумуляторов. Самодельные ветрогенераторы несложны в изготовлении своими руками, имеют небольшие размеры и удобны для установки.

Выбор конструкции. Основные узлы и механизмы

Руками мастеров сделано много механизмов, использующих энергию ветра. Самодельные ветрогенераторы делятся на группы. Это горизонтальные и вертикальные ветрогенераторы. Отличаются устройства направлением оси ветряного колеса. У вертикальных колёс лопасти половину оборота колеса работают против потока ветра.

Горизонтальные ветрогенераторы, теряют обороты вращения из-за смены направления ветра. Как правило, домашние мастера берут за основу ветроколесо с горизонтальной осью вращения. Важно учесть, что во всей истории технических решений человека, трудно обнаружить применение ветряков с вертикальной осью, а горизонтальные ветряные мельницы машут своими крыльями веками.

Общая схема ветрогенератора

1. лопасти ветряного колеса;
2. генерирующее устройство;
3. станина вала генератора;
4. боковая лопатка защиты от сильного ветра;
5. токосъёмник;
6. рама крепления узлов;
7. Поворотный узел;
8. хвостовик;
9. мачта;
10. хомуты для растяжек.

Таблица 1. Технические характеристики

Лопасти ветряного колеса

Заготовки делаются своими руками из поливинила хлорида (ПВХ). Пластмассовые лопасти нетрудоемкие в обработке, нечувствительны к влажной среде. В качестве заготовки применяется напорная труба SDR PN 6,3 (диаметр 160 мм, толщина стенки 4 мм, длина 1000 мм).

Расчёт формы лопасти достаточно сложен. Используем шаблон (рисунок 2, размеры в мм), уже рассчитанный специалистами. Шаблон вырезается из плотного бумажного листа, прикладывается к трубе и прорисовывается контур. Заготовки вырезаются своими руками обычной пилой или электролобзиком.

Вы получите 6 заготовок лопастей. Для повышения эффективности работы ветроколеса, уменьшения уровня шумности надо сточить все углы и зашлифовать поверхности изделий. Обработку целесообразно вести сразу всех заготовок, зажав их струбцинами или болтом через рабочее отверстие вне контура заготовки.

Лопасти крепятся к корпусу веломотора через муфту из стали (толщина 10 мм, диаметр 200 мм). К муфте сваркой крепятся шесть стальных полос с шириной в 12 мм и длиной в 300 мм с отверстиями для крепления лопастей.

В сборе ветроколесо тщательно балансируется. Не допускается самопроизвольное вращение. Уравновешивание проводится стачиванием своими руками материала напильником с конца изделия. Ветроколесо приводятся в одну плоскость вращения путём изгибания стальных полос крепления.

Генерирующее устройство

В качестве генератора используется электрический мотор для велосипеда с параметрами 24 В 250 Вт. Подобное изделие стоимостью от 5 до 15 тыс. руб. можно без труда заказать через сеть Internet.

Таблица 2. Технические характеристики веломотора мощностью 250 Вт

Муфта соединяется с корпусом мотора болтами, через отверстия под крепление спиц. Вполне возможно, подобрать генератор по более адекватной цене, как пример, электродвигатель с возбуждением на постоянных магнитах от ленточного накопителя электронной вычислительной машины. Параметры устройства 300 Вт, 36 В, 1600 об/мин.

Генераторы с необходимыми характеристиками можно изготовить своими руками из автомобильного устройства аналогичного назначения. Статор не подвергается изменениям, ротор оснащается неодимовыми магнитами. Отзывы мастеров о таких переделках генератора положительные.

Установка генератора на раме

Веломотор, при использовании по назначению, работает при значительных нагрузках. Параметры расчётной прочности мотора удовлетворяют условиям использования изделия, как генератора ветряка самоделки. Вал генератора через резьбовое соединение крепится к станине, изготовленной своими руками из алюминиевого сплава толщиной 10 мм. Станина соединяется болтами с рамой.

Габариты станины, размещение отверстий определяются габаритами выбранного генератора. Для изготовления рамы подбирается отрезок швеллера с толщиной в сечении 6-10 мм. Конструкционные размеры рамы зависят от габаритов узла поворота.

Поворотный узел и токосъёмник

Поворот ветрогенератора на ветер, его крепление на мачте, передачу электроэнергии к блоку управления обеспечивает узел поворота.

1. диэлектрическая ось токосъёмника;
2. контактный узел;
3. токосъёмники;
4. рама;
5. сварочный шов;
6. корпус поворотного устройства;
7. подшипники качения;
8. вал поворотного устройства;
9. мачта;
10. электрические провода.

Из рисунка и фото легко понять конструкцию поворотного узла и сделать механизм своими руками, материал для заготовок стальные трубы. Подшипники лучше применить роликовые, как более устойчивые к осевым нагрузкам.

Не более сложна конструкция токосъёмника.

Контактный узел изготавливается из медного прутка квадратного сечения со стороной 10 мм. К ним припаивается изолированный медный провод сечением не менее 4 мм.

Защита от сильного ветра

Скорость ветреного потока, при которой самодельные ветрогенераторы работают в номинальном режиме, составляет 8 м/с. При большем ветре требуется защита от разрушения изделия. Надёжным устройством защиты является механизм боковой лопатки, изготовленный своими руками.

При номинальной для таких изделий, как самодельные ветрогенераторы, скорости потока 8 м/с, давление на боковую лопатку ниже усилия растяжения пружины защиты. Ветрогенератор работает и направляется по потоку хвостовым оперением. При увеличении давления потока на ветроколесо, срабатывает пружина лопатки. Ветроколесо поворачивается, сокращая вырабатываемую мощность. Высокие скорости потока, через давление на боковую лопатку, целиком разворачивают ветроколесо, устанавливая его параллельно направлению потока, генерация энергии прекращается.

Электрическая схема

Электрическая схема собирается из следующих составляющих:

Генератора (веломотора);

Блока управления;

Аккумуляторной батареи;

Силовых и коммутационных проводов.

Приведённая принципиальная схема дорабатывается с учётом того, что блок управления должен обеспечить:

Зарядку аккумулятора, ограничив допустимыми значениями ток зарядки;

Подключение к генерирующему устройству балластной нагрузки при окончании зарядки аккумуляторной батареи, исключая переход колеса вразнос;

Режим электроторможения, останавливая ветрогенератор.

Мачта ветряка

Мачтой под ветрогенратор могут служить металлические трубы с диаметром 100 мм и выше. Минимальная высота мачты 6 метров на открытой местности. Если нет открытой площадки, высота мачты увеличивается на 1 м против высоты препятствий, входящих в радиус 30 м от основания башни.

Вес ветряка в сборе с мачтой довольно значителен, что требует использования противовеса, который облегчит процесс установки и спуска мачты, ремонтные работы. Чем больше высота изготовленной своими руками мачты, тем большему воздействию потока ветра подвергаются узлы вашей самоделки. Отзывы мастеров рекомендуют устанавливать растяжки каждые 5,5 м высоты мачты. Самодельные растяжки крепятся на земле анкерами по радиусу, составляющим минимум 50% высоты мачты.

На фото изображён готовый самодельный ветрогенератор. Вращающиеся ветроколесо, генератор, формируемое им электрическое напряжение и смена погодных условий делают самоделки опасными механизмами. Соблюдайте предельную осторожность при эксплуатации и ремонтных работах на изготовленном своими руками изделии. В обязательном порядке надёжно заземлите мачту.