Зробимо вітряний генератор своїми руками. Як зробити вітрогенератор опис вітряка Виготовлення ротора Савоніуса

Загальний принцип роботи

Основним робочим органом вітрогенератора є лопаті, які обертають вітер. Залежно від розташування осі обертання вітрогенератори поділяються на горизонтальні та вертикальні:

• Горизонтальні вітрогенераторинайбільш поширені. Їхні лопаті мають конструкцію, аналогічну пропелеру літака: у першому наближенні це — похилі щодо площини обертання пластини, які перетворюють частину навантаження від тиску вітру на обертання. Важливою особливістю горизонтального вітрогенератора є необхідність забезпечення повороту лопатевого вузла відповідно до напрямку вітру, оскільки максимальна ефективність забезпечується при перпендикулярності напряму вітру до площини обертання.
• Лопаті вертикального вітрогенераторамають опукло-увігнуту форму. Так як обтічність опуклої сторони більша, ніж увігнутою, такий вітрогенератор завжди обертається в одному напрямку незалежно від напрямку вітру, що робить непотрібним поворотний механізм на відміну від горизонтальних вітряків. Разом з тим, за рахунок того, що у будь-який момент часу корисну роботу виконує лише частина лопатей, а решта лише протидіє обертанню, ККД вертикального вітряка значно нижче, ніж горизонтальногоЯкщо для трилопатевого горизонтального вітрогенератора цей показник доходить до 45%, то у вертикального не перевищить 25%.

Оскільки середня швидкість вітрів у Росії невелика, навіть великий вітряк більшу частину часу обертатиметься досить повільно. Для забезпечення достатньої потужності електроживлення повинен з'єднуватися з генератором через редуктор, що підвищує, ремінний або шестерний. У горизонтальному вітряку блок лопаті-редуктор-генератор встановлюється на поворотній головці, яка дає їм можливість йти за напрямом вітру. Важливо врахувати, що поворотна головка повинна мати обмежувач, що не дає їй зробити повний оборот, так як інакше проводка від генератора буде обірвана (варіант з використанням контактних шайб, що дозволяють голівці вільно обертатися більш складний). Для забезпечення повороту вітрогенератор доповнюється спрямованим уздовж осі обертання робочим флюгером.

Найбільш поширений матеріал для лопатей - це ПВХ-труби великого діаметра, що розрізаються вздовж. По краю до них приклепуються металеві пластини, приварені до маточини лопатевого вузла. Креслення такого роду лопат найбільш широко поширені в Інтернеті.

На відео розповідається про вітрогенератор, виготовлений своїми руками

Розрахунок лопатевого вітрогенератора

Оскільки ми вже з'ясували, що горизонтальний вітрогенератор є значно ефективнішим, розглянемо розрахунок саме його конструкції.

Енергія вітру може бути визначена за формулою
P=0.6*S*V³, де S — це площа кола, що описується кінцями лопатей гвинта (площа кидання), виражена в квадратних метрах, а V — розрахункова швидкість вітру в метрах за секунду. Також потрібно враховувати ККД самого вітряка, який для трилопатевої горизонтальної схеми складе в середньому 40%, а також ККД генераторної установки, що становить на піку 80% токошвидкісної характеристики для генератора з збудженням від постійних магнітів і 60% - для генератора з обмоткою збудження. Ще в середньому 20% потужності витратить редуктор, що підвищує (мультиплікатор). Таким чином, остаточний розрахунок радіусу вітряка (тобто довжини його лопаті) для заданої потужності генератора на постійних магнітах виглядає так:
R=√(P/(0.483*V³))

Приклад: Приймемо необхідну потужність вітроелектростанції 500 Вт, а середню швидкість вітру - 2 м/с. Тоді за нашою формулою нам доведеться використовувати лопаті завдовжки щонайменше 11 метрів. Як бачите, навіть така невелика потужність вимагатиме створення вітрогенератора колосальних габаритів. Для більш-менш раціональних в умовах виготовлення своїми руками конструкцій з довжиною лопаті не більше півтора метра вітрогенератор зможе видавати лише 80-90 ват потужності навіть на сильному вітрі.

Недостатньо потужності? Насправді все трохи інакше, оскільки насправді навантаження вітрогенератора живлять акумулятори, вітряк лише заряджає їх у міру своїх можливостей. Отже, потужність вітроустановки визначає періодичність, з якою зможе здійснювати подачу енергії.

З давніх-давен людство використовує силу вітру у своїх цілях. Вітряки, вітрильні кораблі знайомі багатьом, про них пишуть у книгах і знімають історичні фільми. Нині вітряний електрогенератор не втратив своєї актуальності, т.к. з його допомогою можна отримати безкоштовну електрику на дачі, яка може стати в нагоді, якщо відключать світло. Поговоримо про саморобні вітряки, які можна зібрати з підручних матеріалів та доступних деталей з мінімумом витрат. Вам ми надали одну докладну інструкцію з картинками, а також відео ідеї ще кількох варіантів складання. Отже, розглянемо, як зробити вітрогенератор своїми руками в домашніх умовах.

Інструкція по збірці

Існують кілька типів вітряних установок, а саме – горизонтальний, вертикальний та турбіна. Вони мають важливі відмінності, свої плюси і мінуси. Однак принцип роботи всіх вітрогенераторів однаковий - енергія вітру перетворюється на електричну і накопичується в акумуляторах, а вже з них йде на потреби людини. Найпоширеніший вид – це горизонтальний.

Він знайомий і пізнаваний. Перевага горизонтального вітрогенератора - вищий ККД проти іншими, оскільки лопаті вітряка завжди перебувають під впливом повітряного потоку. До недоліків можна віднести високу вимогу до вітру – він повинен бути сильнішим за 5 метрів за секунду. Цей тип вітряка зробити найпростіше, тому його часто беруть за основу домашні майстри.

Якщо ви вирішили спробувати свої сили у збиранні вітрогенератора своїми руками, ось кілька рекомендацій.

Починати потрібно з генератора – це серце системи, від його параметрів залежатиме конструкція гвинтового вузла. Для цього підійдуть автомобільні генератори вітчизняного та імпортного виробництва, є відомості про використання крокових двигунів від принтерів чи іншої оргтехніки. Велосипедне мотор-колесо також можна використовувати, щоб зробити вітряк для отримання електрики. В цілому, може підійти будь-який практичний мотор або генератор, проте його обов'язково необхідно перевірити на ефективність.

Визначившись із перетворювачем енергії, потрібно зібрати редукторний вузол підвищення оборотів на валу генератора. Один оборот пропелера повинен дорівнювати 4-5 оборотів на валу генераторного вузла. Однак ці параметри підбираються індивідуально, виходячи з потужності та особливостей вашого генератора та лопатевого вузла. Як редуктор може виступати деталь від болгарки або система ременів і роликів.

Коли зібраний вузол редуктор-генератор, приступають до з'ясування його опору моменту, що крутить (грам на міліметр). Для цього потрібно зробити плече з противагою на валу майбутньої установки, і за допомогою вантажу з'ясувати, при якій вазі плече піде вниз. Прийнятним результатом вважається не більше 200 грамів на метр. Розмір плеча у разі приймається за довжину лопаті.

Багато хто думає, що чим більше лопатей, тим краще. Це не зовсім правильно. Нам потрібні великі оберти, а багато гвинтів створюють більший опір вітру, оскільки ми їх виготовляємо в домашніх умовах, в результаті чого в якийсь момент набігаючий потік гальмує гвинт і ККД установки падає. Ви можете використовувати дволопатевий гвинт. Такий пропелер при нормальному вітрі може розкрутитися понад 1000 обертів за хвилину. Зробити лопаті саморобного вітрогенератора можна з підручних засобів – від фанери та оцинкування, до пластику від водопровідних труб (як на фото нижче). Головна умова – матеріал має бути легким та міцним.

Легкий гвинт підвищить ККД вітряка та чутливість до повітряного потоку. Не забудьте збалансувати повітряне колесо і прибрати нерівності, інакше під час роботи генератора слухатимете завивання і виття, а вібрації призведуть до швидкого зношування деталей.

Наступний важливий елемент – це хвіст. Він триматиме колесо в потоці вітру, і повертатиме конструкцію у разі зміни його напрямку.

Робити струмознімач чи ні, вирішувати вам. Це ускладнить конструкцію, проте позбавить від частих скручування дроту, що загрожує обривами кабелю. Звичайно, за його відсутності вам доведеться іноді самостійно розкручувати провід. Під час пробного запуску вітрогенератора не забудьте про техніку безпеки, лопаті, що крутяться, становлять велику небезпеку.

Настроєний та збалансований вітряк встановлюють на щоглу, висотою не нижче 7 метрів від землі, закріплену розпірними тросами. Далі не менш важливий вузол - накопичувальний акумулятор. Найчастіше використовують автомобільний кислотний акумулятор. Підключати вихід саморобного вітрогенератора безпосередньо до батареї не можна, це потрібно зробити через реле зарядки або контролер, який можна зібрати самому або придбати готовий.

Принцип роботи реле зводиться до контролю за зарядом та навантаженням. У разі повного заряду батареї, воно перемикає генератор і акумулятор на баласт навантаження, система прагне завжди бути зарядженою, не допускаючи перезаряду, і не залишає генератор без навантаження. Вітряк без навантаження може досить сильно розкрутитися і пошкодити виробленим потенціалом ізоляцію в обмотках. До того ж високі обороти можуть спричинити механічне руйнування елементів вітряного генератора. Далі слід перетворювач напруги з 12 на 220 вольт 50 Гц для підключення побутових приладів.

Зараз в інтернеті повно схем та креслень, де майстри показують, як зробити вітрогенератор на потужних магнітах самостійно. Наскільки вони ефективні, як обіцяють – питання спірне. Але спробувати зібрати вітряну електрогенеруючу установку для будинку варто, а потім вирішити, як її покращити. Важливо здобути досвід і тоді вже можна замахнутися на більш серйозний апарат. Свобода і різноманіття саморобних вітряків настільки велика, а елементна база різноманітна, що немає сенсу описувати їх усі, основний сенс залишився тим же - потік вітру розкручує гвинт, редуктор підвищує оберти валу, генератор видає напругу, далі контролер тримає рівень заряду на акумуляторі. нього вже йде відбір енергії для різноманітних потреб. Ось за таким принципом можна зробити вітрогенератор своїми руками в домашніх умовах. Сподіваємося, наша докладна інструкція з фото прикладами роз'яснила вам, як виготовити відповідну модель вітряка для будинку чи дачі. Також рекомендуємо ознайомитися з майстер-класами зі збирання саморобного пристрою у відео форматі.

Наочні відеоуроки

Щоб легко зробити вітрогенератор для отримання електрики в домашніх умовах, рекомендуємо ознайомитися з готовими ідеями на прикладах відео:

Ось ми і надали всі найпростіші і доступніші ідеї складання саморобного вітряка. Як ви бачите, деякі моделі пристроїв зможе легко виготовити навіть дитина. Існує безліч інших варіантів саморобок: на потужних магнітах, зі складними лопатями і т.д. Ці конструкції варто повторювати тільки за наявності деякого досвіду в цій справі, слід починати з простих схем. Якщо ви хочете зробити вітрогенератор, щоб він працював та використовувався за призначенням, дійте згідно з наданою нами інструкцією. Якщо у вас залишилися питання – залишайте їх у коментарях.

Потужності саморобного вітрогенератора буде достатньо для заряджання акумуляторних батарей різноманітної техніки, забезпечення освітлення та в цілому роботи побутових електроприладів. Встановивши вітрогенератор, ви позбавите себе витрат на електроенергію. За бажання аналізований агрегат можна зібрати своїми руками. Потрібно лише визначитися з основними параметрами вітрогенератора та зробити все відповідно до інструкції.

Конструкція вітрогенератора включає кілька лопатей, що обертаються під впливом вітряних потоків. Внаслідок такого впливу створюється енергія обертання. Енергія, що утворилася, за допомогою ротора надходить на мультиплікатор, який у свою чергу передає енергію на електрогенератор.

Також є конструкції вітрогенераторів без мультиплікаторів. Відсутність мультиплікатора дозволяє істотно підвищити продуктивність установки.

Вітрогенератори можна встановлювати як окремо, так і групами, об'єднаними у вітропарк. Також вітродвигуни можна комбінувати з дизельними генераторами, що дозволить економити паливо та забезпечити максимально ефективну роботу системи електрозабезпечення будинку.

Що потрібно знати до початку збирання вітрогенератора?

Перед початком збирання вітрогенератора вам потрібно визначитися з рядом основних моментів.

Перший крок. Виберіть відповідний тип конструкції вітродвигуна. Установка може бути вертикальною та горизонтальною. У разі самостійного складання краще віддавати вибір на користь вертикальних моделей, т.к. вони більш прості у виготовленні та балансуванні.

Другий крок. Визначте відповідну потужність. У цьому моменті все індивідуально – орієнтуйтесь на потреби. Для більшої потужності потрібно збільшувати діаметр і масу робочого колеса.

Збільшення цих характеристик призведе до виникнення певних складнощів на етапі закріплення та балансування колеса вітрогенератора. Враховуйте цей момент та об'єктивно оцінюйте свої можливості. Якщо ви новачок, розгляньте варіант з установкою декількох вітрогенераторів середньої потужності замість одного дуже продуктивного агрегату.

Третій крок. Подумайте, чи зможете ви самостійно виготовити всі елементи вітрогенератора. Кожна деталь повинна бути точно прорахована та зроблена у повній відповідності до заводських аналогів. За відсутності необхідних навичок краще придбати готові елементи.

Четвертий крок. Виберіть відповідні акумулятори. Від автомобільних акумуляторів краще відмовитись, т.к. вони недовговічні, вибухонебезпечні та вимогливі у догляді та обслуговуванні.

Найкращим варіантом є герметичні акумулятори. Вони коштують у кілька разів дорожче, зате служать у кілька разів довше і загалом відрізняються вищими характеристиками.

Окрему увагу приділіть вибору потрібної кількості лопатей. Найпопулярнішими є вітрогенератори з двома і трьома лопатями. Однак у подібних установок є низка недоліків.

При роботі генератора з двома або трьома лопатями мають місце потужні відцентрові та гіроскопічні сили. Під впливом згаданих сил суттєво зростає навантаження на основні елементи вітрогенератора. При цьому в деяких моментах сили діють на противагу одна одній.

Щоб нівелювати навантаження, що надходять, і зберегти конструкцію вітрогенератора в цілісності, потрібно виконати грамотний аеродинамічний розрахунок лопатей та виготовити їх у точній відповідності до розрахункових даних.Навіть мінімальні похибки у кілька разів зменшують ККД установки та підвищують ймовірність швидкої поломки вітрогенератора.

При роботі швидкохідних вітродвигунів створюється багато шуму, особливо, якщо йдеться про саморобні установки. Чим більший розмір матимуть лопаті, тим сильнішим буде шум. Цей момент накладає низку обмежень. Наприклад, встановити таку галасливу конструкцію на даху будинку вже не вийде, якщо, звичайно, власнику не подобається відчуття життя в умовах аеродрому.

Враховуйте, що зі збільшенням кількості лопатей підвищуватиметься рівень вібрації, що утворюється під час роботи вітрогенератора. Дволопатеві установки складніші в балансуванні, особливо для недосвідченого користувача. Отже, шуму та вібрації від вітряків із двома лопатями буде дуже багато.

Віддайте вибір на користь вітрогенератора на 5-6 лопат.Практика показує, що такі моделі є найбільш оптимальними для самостійного виготовлення та використання у домашніх умовах.

Гвинт рекомендується робити діаметром близько 2 м-коду.З роботою з його складання та балансування впорається практично будь-хто. Набравшись досвіду, можете спробувати зібрати та встановити колесо з 12-ма лопатями. Складання такого агрегату вимагатиме більше зусиль. Витрата матеріалів та тимчасові витрати теж збільшаться. Однак 12 лопат дозволять навіть при несильному вітрі в 6-8 м/с отримувати потужність на рівні 450-500 Вт.

Зважайте на те, що при 12 лопатях колесо буде досить тихохідним, а це може призвести до різних проблем.Наприклад, вам доведеться зібрати спеціальний редуктор, складніший і найдорожчий у виготовленні.

Таким чином, кращим варіантом для домашнього майстра-початківця є вітрогенератор з колесом діаметром 200 см, оснащеним лопатями середньої довжини в кількості 6 штук.

Комплектуючі та інструменти для збирання

Складання вітряка вимагатиме наявності безлічі різних комплектуючих і додаткових пристроїв. Зберіть та купіть все необхідне заздалегідь, щоб вам не довелося відволікатися на це у майбутньому.

Залежно від умов конкретної ситуації, перелік необхідних інструментів може трохи змінюватися. У цьому моменті ви самостійно зорієнтуєтеся під час виконання роботи.

Покроковий посібник зі збирання вітрогенератора

Складання та встановлення саморобного вітрогенератора виконується в кілька етапів.

Перший етап. Підготуйте триточкову бетонну основу. Глибину та в цілому потужність фундаменту визначайте відповідно до типу ґрунту та кліматичних умов у місці будівництва. Дайте бетону набрати міцність протягом 1-2 тижнів і встановіть щоглу. Для цього зарийте опорну щоглу на землю приблизно на 50-60 см і зафіксуйте за допомогою розтяжок.

Другий етап. Підготуйте ротор та шків. Шків є фрикційним колесом. По колу такого колеса розташована канавка чи обід. При виборі діаметра ротора необхідно орієнтуватися на середньорічне значення швидкості вітру. Так, при середній швидкості 6-8 м/с ротор діаметром 5 м буде більш ефективний, ніж ротор на 4 м.

Третій етап. Виготовте лопаті майбутнього вітрогенератора. Для цього візьміть бочку і розділіть її на кілька однакових частин відповідно до вибраної кількості лопатей. Розмітте лопаті за допомогою маркера, а потім виріжте елементи. Для різання чудово підійде болгарка, також можна використовувати ножиці по металу.

Четвертий етап. Скріпіть днище бочки зі шківом генератора. Для кріплення використовуйте болти. Після цього вам потрібно відігнути лопаті на бочці. Не переборщіть, інакше готова установка працюватиме нестабільно. Встановіть потрібну швидкість обертання вітрогенератора шляхом зміни вигинів лопатей.

П'ятий етап. Підключіть дроти до генератора та зберіть їх у ланцюг у дозі. Закріпіть генератор на щоглі. Провід підключіть до генератора та щогли. Зберіть генератор у ланцюг. Також підключіть акумулятор до ланцюга. Враховуйте той факт, що максимально допустима довжина проводів у разі такої установки становить 100 см. Підключіть навантаження за допомогою проводів.

На складання одного генератора йде в середньому 3-6 годин, залежно від наявних навичок і в цілому працездатності та майстра.

Вітрогенератор вимагає регулярного догляду та обслуговування.

1. Через 2-3 тижні після встановлення нового генератора потрібно демонтувати прилад та переконатися у надійності наявних кріплень. З метою власної безпеки перевіряйте кріплення виключно за слабкого вітру.
2. Змащуйте підшипникищонайменше 1 раз на 6 місяців. При появі перших ознак порушення балансування колеса відразу ж зніміть його та усуньте несправності. Найчастішою ознакою розбалансування є нехарактерне тремтіння лопатей.
3. Не менше ніж раз на 6 місяців перевіряйте щітки струмоприймача. Кожні 2-6 років фарбуйте металеві елементиустановки. Регулярне фарбування захистить метал від руйнування під впливом корозії.
4. Слідкуйте за станом генератора. Регулярно перевіряйте, чи не перегрівається генератор під час роботи. Якщо поверхня установки нагрівається до такого стану, що на ній стає дуже важко тримати руку, віднесіть генератор до майстерні.
5. Контролюйте стан колектора. Будь-які забруднення необхідно у найкоротші терміни видаляти з контактів, т.к. вони значно знижують ефективність роботи установки. Слідкуйте за механічним станом контактів.Перегрів агрегату, обмотки, що згоріли та інші подібні дефекти – все це повинно відразу ж усуватися.

Таким чином, у збиранні вітрогенератора немає нічого складного. Достатньо лише підготувати всі необхідні елементи, зібрати установку за інструкцією та підключити готовий агрегат до електромережі. Правильно зібраний вітрогенератор для дому стане надійним джерелом безкоштовної електроенергії. Дотримуйтесь отриманого керівництва і все вийде.

Вдалої роботи!

Відео – Вітрогенератори для дому своїми руками

Електроенергія невпинно дорожчає. Щоб почуватися комфортно за містом у спекотну літню погоду та морозним зимовим днем, необхідно або ґрунтовно витратитися, або зайнятися пошуком альтернативних джерел енергії. Росія – величезна площею країна, має великі рівнинні території. Хоча в більшості регіонів у нас переважають повільні вітри, малообжита місцевість обдувається потужними та буйними повітряними потоками. Тому присутність вітрогенератора у господарстві власника заміської нерухомості найчастіше виправдана. Підходящу модель вибирають, виходячи з території застосування та фактичних цілей використання.

Вітряк #1 - конструкція роторного типу

Можна зробити своїми руками легкий вітряк роторного типу. Звичайно, забезпечити електроенергією великий котедж йому навряд чи буде під силу, зате забезпечити електрикою скромний садовий будиночок цілком під силу. З його допомогою можна забезпечити світлом у вечірній час доби господарські будівлі, висвітлити садові доріжки та прибудинкову територію.

Докладніше про інші види альтернативних джерел енергії можна прочитати в цій статті:

Так чи майже так виглядає роторний вітрогенератор, зроблений своїми руками. Як бачите, у конструкції цього обладнання немає нічого надскладного

Підготовка деталей та розхідників

Щоб зібрати вітрогенератор, потужність якого не перевищуватиме 1,5 кВт, нам знадобляться:

• генератор від автомобіля 12 V;
• кислотний або гелієвий акумулятор 12 V;
• перетворювач 12V - 220V на 700 W - 1500 W;
• велика ємність із алюмінію або нержавіючої сталі: відро або об'ємна каструля;
• автомобільне реле заряджання акумулятора та контрольної лампи заряду;
• напівгерметичний вимикач типу "кнопка" на 12 V;
• вольтметр від будь-якого непотрібного вимірювального пристрою можна автомобільний;
• болти з шайбами ​​та гайками;
• дроти перерізом 2,5 мм 2 і 4 мм 2;
• два хомути, якими генератор кріпиться до щогли.

Для виконання роботи нам будуть потрібні ножиці по металу або болгарку, рулетку, маркер або будівельний олівець, викрутку, ключі, дриль, свердло, кусачки.

Більшість власників приватних будинків не визнають використання геотермального опалення, однак така система має перспективи. Докладніше про переваги та недоліки даного комплексу можна прочитати в наступному матеріалі:

Хід конструкторських робіт

Ми збираємось виготовити ротор і переробити шків генератора. Для початку роботи нам знадобиться металева ємність циліндричної форми. Найчастіше для цих цілей пристосовують каструлю чи відро. Візьмемо рулетку та маркер або будівельний олівець і поділимо ємність на чотири рівні частини. Якщо різатимемо метал ножицями, то, щоб їх вставити, потрібно спочатку зробити отвори. Можна скористатися і болгаркою, якщо цебро не виконане з фарбованої жерсті або оцинкованої сталі. У цих випадках метал неминуче перегріється. Вирізаємо лопаті, не прорізаючи їх до кінця.

Щоб не помилитися з розмірами лопатей, які ми прорізаємо в ємності, необхідно зробити ретельні виміри та ретельно все перерахувати

У днищі та в шківі розмічаємо та висвердлюємо отвори для болтів. На цій стадії важливо не поспішати та розташувати отвори з дотриманням симетрії, щоб при обертанні уникнути дисбалансу. Лопаті слід відігнути, але не надто сильно. При виконанні цієї частини роботи враховуємо напрямок обертання генератора. Зазвичай він крутиться рухом годинникової стрілки. Залежно від кута вигину збільшується площа впливу потоків вітру, отже, і швидкість обертання.

Це ще один із варіантів лопатей. У цьому випадку кожна деталь існує окремо, а не у складі ємності, з якої вирізувалася

Якщо кожна з лопатей вітряка існує окремо, потрібно прикручувати кожну. Перевага такої конструкції у її підвищеній ремонтопридатності

Відро із готовими лопатями слід закріпити на шківі, використовуючи болти. На щоглу за допомогою хомутів встановлюємо генератор, потім приєднуємо дроти та збираємо ланцюг. Схему, кольори проводів та маркування контактів краще заздалегідь переписати. Провід теж потрібно зафіксувати на щоглі.

Щоб підключити акумулятор, використовуємо дроти 4 мм 2 , довжина яких не повинна бути більше одного метра. Навантаження (електроприлади та освітлення) підключаємо за допомогою дротів перетином 2,5 мм 2 . Не забуваймо поставити перетворювач (інвертер). Його включають до мережі до контактів 7,8 проводом 4 мм 2 .

Конструкція вітряної установки складається з резистора (1), обмотки стартера генератора (2), ротора генератора (3), регулятора напруги (4), реле зворотного струму (5), амперметра (6), акумулятора (7), запобіжника (8) , вимикача (9)

Переваги та недоліки такої моделі

Якщо все зроблено правильно, працюватиме цей вітрогенератор, не створюючи вам проблем. При акумуляторі 75А і перетворювачем 1000 W він може живити вуличне освітлення, прилади відеоспостереження і т.д.

Схема роботи установки наочно демонструє те, як саме енергія вітру перетворюється на електрику і як вона використовується за призначенням

Переваги такої моделі очевидні: цей економічний виріб, добре піддається ремонту, не вимагає особливих умов для свого функціонування, працює надійно і не порушує ваш акустичний комфорт. До недоліків можна віднести невисоку продуктивність та значну залежність від сильних поривів вітру: лопаті можуть бути зірвані повітряними потоками.

Вітряк #2 - аксіальна конструкція на магнітах

Аксіальні вітряки з беззалізними статорами на неодимових магнітах у Росії досі не робили через недоступність останніх. Але тепер вони є і в нашій країні, причому коштують вони дешевше, ніж від початку. Тому й наші умільці почали виготовляти вітрогенератори цього типу.

Згодом, коли можливості роторного вітрогенератора вже не забезпечуватимуть усі потреби господарства, можна зробити аксіальну модель на неодимових магнітах

Що потрібно підготувати?

За основу аксіального генератора потрібно взяти маточину від автомобіля з гальмівними дисками. Якщо ця деталь була в експлуатації, її необхідно розібрати, повірити підшипники і змастити, іржу зчистити. Готовий генератор буде пофарбовано.

Щоб якісно відчистити маточину від іржі, скористайтеся металевою щіткою, яку можна насадити на електродриль. Ступиця знову виглядатиме чудово

Розподіл та закріплення магнітів

Нам потрібно наклеювати магніти на диски ротора. У разі використовуються 20 магнітів розміром 25х8мм. Якщо ви вирішите зробити іншу кількість полюсів, то використовуйте правило: в однофазному генераторі має бути скільки полюсів, стільки і магнітів, а в трифазному необхідно дотримуватися співвідношення 4/3 або 2/3 полюса до котушок. Розміщувати магніти слід, чергуючи полюси. Щоб їх розташування було правильним, використовуйте шаблон із секторами, нанесеними на папері або на самому диску.

Якщо є така можливість, магніти краще використовувати прямокутні, а не круглі, тому що у круглих магнітне поле зосереджено в центрі, а прямокутні - по їх довжині. Протистоячі магніти повинні мати різні полюси. Щоб нічого не переплутати, нанесіть маркером на їх поверхню «+» або «-». Для визначення полюса візьміть один магніт та підносите до нього інші. На поверхнях, що притягуються, ставте плюс, а на що відштовхуються - мінус. На дисках полюси мають чергуватись.

Магніти правильно розміщені. Перед їх фіксацією епоксидною смолою, необхідно зробити бортики із пластиліну, щоб клейка маса могла застигнути, а не скла на стіл або підлогу

Для закріплення магнітів потрібно використовувати сильний клей, після чого міцність склеювання додатково посилюють епоксидною смолою. Нею заливають магніти. Щоб запобігти розтіканню смоли, можна зробити бордюри з пластиліну або просто обмотати диск скотчем.

Трифазні та однофазні генератори

Однофазний статор гірший за трифазний, тому що при навантаженні він дає вібрацію. Це відбувається через різницю в амплітуді струму, яка виникає через непостійну віддачу його за час. Трифазна модель на цей недолік не страждає. Потужність у ній завжди постійна, тому що фази одна одну компенсують: якщо в одній струм падає, а в іншій він наростає.

У суперечці однофазного та трифазного варіантів останній виходить переможцем, тому що додаткова вібрація не продовжує термін служби обладнання та дратує слух

В результаті віддача трифазної моделі на 50% перевищує той же однофазний показник. Іншим плюсом відсутності непотрібної вібрації є акустичний комфорт під час роботи під навантаженням: генератор не гуде під час його експлуатації. Крім того, вібрація завжди виводить вітрогенератор з ладу до закінчення терміну його експлуатації.

Процес намотування котушок

Будь-який фахівець вам скаже, що перед намотуванням котушок потрібно зробити ретельний розрахунок. А будь-яка практика все зробить інтуїтивно. Наш генератор не буде надто швидкохідним. Нам потрібно, щоб процес заряджання 12-вольтового акумулятора почався при 100-150 оборотах на хвилину. За таких вихідних даних загальна кількість витків у всіх котушках має становити 1000-1200 шт. Залишилося розділити цю цифру на кількість котушок і дізнатися скільки витків буде в кожній.

Щоб зробити вітрогенератор на низьких оборотах потужнішим, потрібно збільшити кількість полюсів. При цьому в котушках зросте частота коливання струму. Для намотування котушок краще використовувати товстий провід. Це зменшить опір, отже, сила струму зросте. Слід врахувати, що при великій напрузі струм може виявитися «з'їденим» опором обмотки. Простий саморобний верстат допоможе швидко і акуратно намотати якісні котушки.

Статор розмічено, котушки покладені на свої місця. Для їх фіксації використовується епоксидна смола, стіканню якої знову протистоять пластилінові борти.

Через кількість і товщину магнітів, розташованих на дисках, генератори можуть значно відрізнятися за своїми робочими параметрами. Щоб дізнатися, яку потужність чекати в результаті, можна намотати одну котушку та прокрутити її в генераторі. Для визначення майбутньої потужності слід виміряти напругу на певних оборотах без навантаження.

Наприклад, при 200 оборотах за хвилину виходить 30 вольт при опорі 3 Ом. Віднімаємо від 30 вольт напругу акумулятора в 12 вольт, а 18 вольт, що виходять, ділимо на 3 Ом. Результат – 6 ампер. Це той обсяг, який вирушить на акумулятор. Хоча практично, звичайно, виходить менше через втрати на діодному мосту та у проводах.

Найчастіше котушки роблять круглими, але краще їх трохи витягнути. При цьому міді в секторі виходить більше, а витки котушок виявляються прямішими. Діаметр внутрішнього отвору котушки повинен відповідати розміру магніту або трохи більше його.

Проводяться попередні випробування обладнання, що вийшло, які підтверджують його відмінну працездатність. Згодом і цю модель можна буде вдосконалити

Роблячи статор, врахуйте, що його товщина повинна відповідати товщі магнітів. Якщо кількість витків у котушках збільшити і зробити статор товщим, міждисковий простір збільшиться, а магнітопотік зменшиться. В результаті може утворитися та ж напруга, але менший струм через зростання опору котушок.

Як форму для статора використовують фанеру, але можна на папері розмітити сектори для котушок, а бордюри зробити з пластиліну. Міцність виробу збільшить склотканину, поміщену на дно форми і поверх котушок. Епоксидна смола не повинна прилипати до форми. Для цього її змащують воском або вазеліном. Для тих же цілей можна використовувати плівку чи скотч. Котушки закріплюють між собою нерухомо, кінці фаз виводять назовні. Потім усі шість дротів з'єднують трикутником або зіркою.

Генератор у зборі тестують, використовуючи обертання рукою. Напруга, що вийшла, становить 40 вольт, сила струму при цьому становить приблизно 10 Ампер.

Заключний етап - щогла та гвинт

Фактична висота готової щогли склала 6 метрів, але краще було б зробити її 10-12 метрів. Підстава для неї потребує бетонування. Необхідно зробити таке кріплення, щоб трубу можна було піднімати та опускати за допомогою ручної лебідки. На верхню частину труби кріпиться гвинт.

Труба ПВХ – надійний і досить легкий матеріал, використовуючи який можна зробити гвинт вітряка із заздалегідь передбаченим вигином

Для виготовлення гвинта потрібна труба ПВХ, діаметр якої становить 160 мм. З неї належить вирізати шестилопатевий двометровий гвинт. З формою лопатей має сенс поекспериментувати, щоб посилити момент, що крутить, на низьких оборотах. Від сильного вітру гвинт треба забирати. Ця функція виконується за допомогою хвоста, що складається. Вироблена енергія накопичується в акумуляторах.

Щогла повинна підніматися і опускатися за допомогою ручної лебідки. Додаткову стійкість конструкції можна надати за допомогою натяжних тросів.

До вашої уваги надані два варіанти вітрогенераторів, які найчастіше використовуються дачниками та власниками заміської нерухомості. Кожен із них по-своєму ефективний. Особливо результат застосування такого обладнання проявляється у місцевості із сильними вітрами. У будь-якому разі такий помічник у господарстві не завадить ніколи.

Одним із найдоступніших варіантів використання відновлюваних джерел енергії є використання енергії вітру. Про те, як самостійно зробити розрахунок, зібрати та встановити вітряк, читайте у цій статті.

Класифікація вітряних генераторів

Установки класифікуються виходячи з наступних критеріїв вітродвигуна:

• розташування осі обертання;
• кількість лопатей;
• матеріал елементів;
• крок гвинта.

ВЕУ, як правило, мають конструктивне виконання з горизонтальною та вертикальною віссю обертання.

Виконання з горизонтальною віссю - пропелерна конструкція з однією-двома-трьома та більш лопатями. Це найпоширеніше виконання повітряних енергетичних установок через високий ККД.

Виконання з вертикальною віссю - ортогональні та карусельні конструкції на прикладі роторів Дар'ї та Савоніуса. Останні два поняття слід пояснити, оскільки обидва мають певну значущість у справі конструювання вітряних генераторів.

Ротор Дар'є - ортогональна конструкція вітродвигуна, де аеродинамічні лопаті (дві або більше), розташовані симетрично один одному на певній відстані та укріплені на радіальних балках. Досить складний варіант вітродвигуна, що вимагає ретельного аеродинамічного виконання лопатей.

Ротор Савоніуса - конструкції вітродвигуна карусельного типу, де дві лопаті напівциліндричної форми розташовані одна проти одної, утворюючи загалом форму синусоїди. Коефіцієнт корисної дії конструкцій невисокий (близько 15%), але може бути збільшений практично вдвічі, якщо лопаті ставити у напрямку хвилі не горизонтально, а вертикально і застосовувати багатоярусне виконання з кутовим зміщенням кожної пари лопатей щодо інших пар.

Переваги та недоліки «вітряків»

Переваги даних пристроїв очевидні, особливо стосовно побутових умов експлуатації. Користувачі «вітряків» фактично отримують можливість відтворення безкоштовної електричної енергії, якщо не брати до уваги невеликих витрат на спорудження та обслуговування. Однак очевидні також недоліки вітроелектричних установок.

Так, щоб досягти ефективної роботи установки, потрібне виконання умов стабільності вітрових потоків. Такі умови людина створити не може. Це суто прерогатива природи. Ще одним, але вже технічним недоліком, відзначається низька якість електрики, що виробляється, в результаті чого доводиться доповнювати систему дорогими електричними модулями (мультиплікаторами, зарядними пристроями, акумуляторами, перетворювачами, стабілізаторами).

Переваги і недоліки щодо особливостей кожної з модифікацій вітродвигунів, мабуть, балансують на нульовій позначці. Якщо горизонтально-осьові модифікації відрізняються високим значенням ККД, то для стабільної роботи вимагають застосування контролерів напряму вітрового потоку та захисту від ураганних вітрів. Вертикально-осьові модифікації мають малий ККД, але стабільно працюють без механізму стеження напрямом вітру. При цьому такі вітродвигуни відрізняються малим рівнем шумів, виключають ефект рознесення в умовах сильних вітрів, досить компактні.

Саморобні вітрові генератори

Виготовлення «вітряка» власними руками – завдання цілком вирішуване. Причому конструктивний та раціональний підхід до справи допоможе звести до мінімуму неминучі фінансові витрати. Насамперед варто накидати проект, провести необхідні розрахунки балансування та потужності. Ці дії будуть не просто запорукою успішного будівництва вітряної електростанції, але також запорукою збереження цілісності всього придбаного обладнання.

Почати рекомендується з будівництва мікро-вітряка, потужністю кілька десятків ват. Надалі отриманий досвід допоможе створити потужнішу конструкцію. Створюючи домашній вітряний генератор, не варто наголошувати на отримання якісної електрики (220 В, 50 Гц), так як цей варіант вимагатиме суттєвих фінансових вкладень. Розумніше обмежитися використанням спочатку отриманої електрики, яку можна успішно застосовувати без перетворення для інших цілей, наприклад, для підтримки систем опалення та гарячого водопостачання, побудованих на електронагрівачах (ТЕН) - такі прилади не вимагають стабільної напруги та частоти. Це дозволяє створювати просту схему, що працює безпосередньо від генератора.

Швидше за все, ніхто не стверджуватиме, що опалення та гаряче водопостачання в будинку за значущістю поступаються побутовій техніці та освітлювальним приладам, для харчування яких найчастіше прагнуть встановлювати домашні вітряки. Пристрій ВЕУ саме з метою забезпечення будинку теплом та гарячою водою – це мінімальні витрати та простота конструкції.

Узагальнений проект домашньої ВЕУ

Конструктивно домашній проект багато в чому повторює промислову установку. Щоправда, побутові рішення найчастіше базуються на вертикально-осьових вітродвигуна і комплектуються низьковольтними генераторами постійного струму. Склад модулів побутової ВЕУ за умови отримання якісної електрики (220 В, 50 Гц):

• вітродвигун;
• будову орієнтації за вітром;
• мультиплікатор;
• генератор постійного струму (12, 24 В);
• модуль заряду акумуляторних батарей;
• акумуляторні батареї (літій-іонні, літій-полімерні, свинцево-кислотні);
• перетворювач постійної напруги 12 (24 В) в змінну напругу 220 В.

Bетрогенератор PIC 8-6/2.5

Як це працює? Просто. Вітер крутить вітродвигун. Крутний момент передається через мультиплікатор на вал постійного струму генератора. Отримана на виході генератора енергія через модуль заряду акумулюється в батареях. Від клем акумуляторних батарей постійна напруга 12 (24, 48) подається на перетворювач, де трансформується в напругу, придатне для живлення побутових електричних мереж.

Про генератори для домашніх «вітряків»

Більшість побутових конструкцій вітрових установок зазвичай конструюються із застосуванням малооборотних електродвигунів постійного струму. Це найпростіший варіант генератора, що не потребує модернізації. Оптимально - електродвигуни з постійними магнітами, розраховані на напругу живлення близько 60-100 вольт. Є практика застосування автомобільних генераторів, але такого випадку потрібно використання мультиплікатора, оскільки автогенератори видають необхідне напруга лише з високих (1800-2500) оборотах. Один з можливих варіантів - реконструкція асинхронного двигуна змінного струму, але також досить складний, що вимагає точних розрахунків, виконання токарних робіт, встановлення неодимових магнітів в області ротора. Існує варіант для трифазного асинхронного двигуна з підключенням конденсаторів однакової ємності між фазами. Нарешті існує можливість виготовлення генератора з нуля власними руками. Інструкцій щодо цього є маса.

Вертикально-осьовий саморобний «вітряк»

Досить ефективний і, головне, недорогий вітрогенератор можна спорудити на основі ротора Савоніуса. Тут як приклад розглядається мікроенергетична установка, потужність якої не перевищує 20 Вт. Однак цього пристрою цілком достатньо, наприклад, для забезпечення електричної енергії деяких побутових приладів, що працюють від напруги 12 вольт.

Набір деталей:

1. Аркуш алюмінієвий товщиною 1,5-2 мм.
2. Труби пластикові: діаметр 125 мм, довжина 3000 мм.
3. Алюмінієва труба: діаметр 32 мм, довжина 500 мм.
4. Двигун постійного струму (потенційний генератор), 30-60В, 360-450 об/хв, наприклад електродвигун моделі PIK8-6/2.5.
5. Контролер напруги.
6. Акумулятор.

Виготовлення ротора Савоніуса

З алюмінієвого листа вирізаються три «млинці» діаметром 285 мм. По центру кожного просвердлюються отвори під алюмінієву трубу 32 мм. Виходить щось подібне до компакт-дисків. Від пластикової труби відрізаються два шматки довжиною по 150 мм і розрізаються навпіл уздовж. Результат - чотири напівкруглі лопаті 125х150 мм. Всі три алюмінієві "компакт-диски" надягають на трубу 32 мм і закріплюються на відстані 320, 170, 20 мм від верхньої точки строго горизонтально, утворюючи два яруси. Між дисками вставляються лопаті, по дві штуки на ярус і закріплюються одна проти одної, утворюючи синусоїду. При цьому лопаті верхнього ярусу зміщуються щодо лопат нижнього ярусу на кут 90 градусів. У результаті виходить чотирилопатевий ротор Савоніуса. Для кріплення елементів можна використовувати заклепки, шурупи, куточки або застосувати інші способи.

З'єднання з двигуном та встановлення на щоглу

Вал двигунів постійного струму із зазначеними вище параметрами зазвичай має діаметр трохи більше 10-12 мм. Для того щоб з'єднати вал двигуна з трубою вітродвигуна, нижню частину труби запресовується латунна втулка, що має необхідний внутрішній діаметр. Крізь стінку труби та втулки просвердлюється отвір, нарізається різьблення для вкручування стопорного гвинта. Далі труба вітродвигуна надівається на вал генератора, після чого з'єднання жорстко фіксується гвинтом.

Частина пластикової труби (2800 мм), що залишилася, - це щогла вітроустановки. Генератор у зборі з колесом Савоніуса монтуються нагорі щогли - просто вставляється всередину труби до упору. Як упор використовується металева дискова кришка, закріплена на передньому торці мотора, що має діаметр трохи більший за діаметр щогли. На периферії кришки просвердлюються отвори для кріплення розтяжок. Так як діаметр корпусу електродвигуна менший від внутрішнього діаметра труби, для вирівнювання генератора по центру застосовуються прокладки або упори. Кабель від генератора пропускається усередині труби та виводиться через вікно в нижній частині. Необхідно врахувати при монтажі виконання захисту генератора від впливу вологи, використовуючи для цього прокладки, що герметизують. Знову ж таки з метою захисту від опадів, вище з'єднання труби вітродвигуна з валом генератора можна встановити парасольку-ковпак.

Установка всієї конструкції виконується на відкритому добре обдувному майданчику. Під щоглу викопується яма завглибшки 0,5 метра, нижня частина труби опускається в яму, конструкція вирівнюється розтяжками, після чого яма заливається бетоном.

Контролер напруги (простий зарядний пристрій)

Виготовлений вітряний генератор, як правило, не здатний видавати напругу 12 вольт через низьку частоту обертання. Максимальна частота обертання вітродвигуна за швидкості вітру 6-8 м/сек. досягає значення 200-250 об/хв. На виході вдається отримати напругу близько 5-7 вольт. Для заряду акумулятора потрібна напруга 13,5-15 вольт. Вихід із положення - застосування простого імпульсного перетворювача напруги, зібраного, допустимо, на основі регулятора напруги LM2577ADJ. Подаючи на вхід перетворювача 5 вольт постійного струму, на виході отримують 12-15 вольт, що цілком достатньо для заряду акумулятора автомобільного.

Готовий перетворювач напруги на LM2577

Цей мікро-вітрогенератор, безумовно, можна вдосконалювати. Збільшити потужність турбіни, змінити матеріал і висоту щогли, додати перетворювач постійної напруги змінну мережну напругу і т.д.

Горизонтально-осьова вітряна електроустановка

Набір деталей:

1. Пластикова труба діаметром 150 мм, алюмінієвий лист товщиною 1,5-2,5 мм, дерев'яний брусок 80х40 довжиною 1 м, сантехнічні: фланець - 3, куточок - 2, трійник - 1.
2. Електродвигун постійного струму (генератор) 30-60 В, 300-470 об/хв.
3. Колесо-шків для двигуна діаметром 130-150 мм (алюміній, латунь, текстоліт тощо).
4. Сталеві труби діаметром 25 мм та 32 мм та довжиною відповідно 35 мм та 3000 мм.
5. Зарядний модуль для акумуляторів.
6. Акумулятори.
7. Перетворювач напруги 12 В - 120 В (220 В).

Виготовлення горизонтально-осьового «вітряка»

Пластикова труба необхідна виготовлення лопатей вітродвигуна. Відрізок такої труби, довжиною 600 мм, розрізається вздовж чотирьох однакових сегмента. Для вітряка потрібно три лопаті, які виготовляються з отриманих сегментів шляхом зрізу частини матеріалу по діагоналі на всю довжину, але не точно з кута на кут, а від нижнього кута до верхнього кута, з невеликим відступом від останнього. Обробка нижньої частини сегментів зводиться до формування кріпильного пелюстки кожному з трьох сегментів. Для цього по одному краю вирізається квадрат розміром приблизно 50х50 мм, а частина, що залишилася, служить кріпильною пелюсткою.

Лопаті вітродвигуна закріплюються на колесі-шківі за допомогою болтових з'єднань. Шків насаджується безпосередньо на вал електродвигуна постійного струму – генератора. Як шасі вітродвигуна використовується простий дерев'яний брусок перетином 80х40 мм та довжиною 1 м. Генератор встановлюється на одному кінці дерев'яного бруска. На іншому кінці бруска монтується «хвіст», виготовлений із листа алюмінію. У нижній частині бруска, кріпиться металева труба 25 мм, призначена виконувати роль валу поворотного механізму. Як щогла використовується триметрова металева труба 32 мм. Верхня частина щогли є втулкою поворотного механізму, куди вставляється труба вітродвигуна. Опора щогли виготовляється із листа товстої фанери. На цій опорі у вигляді диска діаметром 600 мм збирається конструкція із сантехнічних деталей, завдяки якій щоглу можна легко піднімати або опускати, або монтувати — демонтувати. Для кріплення щогли застосовуються розтяжки.

Вся електроніка вітряної установки монтується окремим модулем, інтерфейс якого передбачає підключення акумуляторів та споживчого навантаження. До складу модуля входить контролер заряду батарей та перетворювач напруги. Подібні пристрої можна збирати самостійно за наявності відповідного досвіду, або набувати на ринку. У продажу є безліч різних рішень, що дозволяють отримати необхідні вихідні значення напруг і струмів.

Комбіновані ВЕУ

Комбіновані ВЕУ – серйозний варіант домашнього енергетичного модуля. Власне комбінація передбачає об'єднання в єдиній системі вітряного генератора, сонячної батареї, дизельної або бензинової електростанції. Комбінувати можна всіляко, виходячи з можливостей та потреб. Природно, коли має місце варіант три в одному, це найбільш ефективне і надійне рішення.

Також під комбінацією ВЕУ передбачається створення вітроенергетичних установок, які мають у своєму складі відразу дві різні модифікації. Наприклад, коли в одній зв'язці працюють ротор Савоніуса та традиційна трилопатева машина. Перша турбіна працює при малих швидкостях вітрового потоку, а друга лише за номінальних. Тим самим зберігається ефективність установки, виключаються невиправдані енергетичні втрати, а разі асинхронними генераторами компенсуються реактивні струми.

Комбіновані системи - це варіанти технічно складні та витратні для домашньої практики.

Розрахунок потужності вітряної домашньої електростанції

Для розрахунку потужності вітряного генератора горизонтально-осьового виконання можна користуватися стандартною формулою:

• N = p · S · V3 / 2
• N- Потужність установки, Вт
• p- Щільність повітря (1,2 кг/м 3)
• S- Продувна площа, м 2
• V- Швидкість потоку вітру, м / сек

Наприклад, потужність установки, що має максимальний розмах лопатей 1 метр, при швидкості вітру 7 м/сек., складе:

• N= 1,2 · 1 · 343 / 2 = 205,8 Вт

Наближений розрахунок потужності ВЕУ, створеної на основі ротора Савоніуса, можна порахувати, використовуючи формулу:

• N = p · R · H · V3
• N- Потужність установки, Вт
• R- Радіус робочого колеса, м
• V- Швидкість вітру, м / сек

Наприклад, для згаданої в тексті конструкції вітроенергетичної установки з ротором Савоніуса значення потужності при швидкості вітру 7 м/сек. становитиме:

• N= 1,2 · 0,142 · 0,3 · 343 = 17,5 Вт