Електроенергія неухильно дорожчає. Щоб відчувати себе комфортно за містом в спекотну літню погоду і морозним зимовим днем, необхідно або ґрунтовно витратитися, або зайнятися пошуком альтернативних джерел енергії. Україна - величезна за площею країна, що має великі рівнинні території. Хоча в більшості регіонів у нас переважають повільні вітри, малообжита місцевість обдувається потужними і буйними повітряними потоками. Тому присутність вітрогенератора в господарстві власника заміської нерухомості найчастіше виправдано. Відповідну модель вибирають, виходячи з місцевості застосування і фактичних цілей використання.
Вітряк # 1 - конструкція роторного типу
Можна зробити своїми руками нескладний 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 і прибудинкову територію.
Підготовка деталей і витратних матеріалів
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 з алюмінію або нержавіючої сталі: відро або об'ємистих каструля;
- автомобільне реле зарядки акумулятора і контрольної лампи заряду;
- напівгерметичний вимикач типу «кнопка» на 12 V;
- вольтметр від будь-якого непотрібного вимірювального пристрою, можна автомобільний;
- болти з шайбами і гайками;
- дроти перетином 2,5 мм 2 і 4 мм 2;
- два хомута, якими генератор буде кріпитися до щогли.
Для виконання роботи нам будуть потрібні ножиці по металу або болгарка, рулетка, маркер або будівельний олівець, викрутка, ключі, дриль, свердло, кусачки.
Хід конструкторських робіт
Ми збираємося виготовити ротор і переробити шків генератора. Для початку роботи нам знадобиться металева ємність циліндричної форми. Найчастіше для цих цілей пристосовують каструлю або відро. Візьмемо рулетку і маркер або будівельний олівець і поділимо ємність на чотири рівні частини. Якщо будемо різати метал ножицями, то, щоб їх вставити, потрібно спочатку зробити отвори. Можна скористатися і болгаркою, якщо відро не виконана з фарбованої жерсті або оцинкованої сталі. У цих випадках метал неминуче перегріється. Вирізаємо лопаті, не прорізаючи їх до кінця.
У днище і в шківі розмічаємо і висвердлюємо отвори для болтів. На цій стадії важливо не поспішати і розташувати отвори з дотриманням симетрії, щоб при обертанні уникнути дисбалансу. Лопаті слід відігнути, але не дуже сильно. При виконанні цієї частини роботи враховуємо напрямок обертання генератора. Зазвичай він крутиться по руху годинникової стрілки. Залежно від кута вигину збільшується і площа впливу потоків вітру, а, значить, і швидкість обертання.
Відро з готовими лопатями слід закріпити на шківі, використовуючи болти. На щоглу за допомогою хомутів встановлюємо генератор, потім приєднуємо дроти і збираємо ланцюг. Схему, кольору проводів і маркування контактів краще заздалегідь переписати. Провід теж потрібно зафіксувати на щоглі.
Щоб під'єднати акумулятор, використовуємо проводи 4 мм 2. довжина яких не повинна бути більше 1-го метра. Навантаження (електроприлади і освітлення) підключаємо за допомогою проводів перетином 2,5 мм 2. Не забуваємо поставити перетворювач (інвертор). Його включають в мережу до контактів 7,8 проводом 4 мм 2.
Переваги та недоліки такої моделі
Переваги такої моделі очевидні: це досить економічне 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 і значну залежність від сильних поривів вітру: лопаті можуть бути зірвані повітряними потоками.
Вітряк # 2 - аксіальна конструкція на магнітах
Аксіальні вітряки з безжелезнимі статорами на неодімових магнітах вУкаіни до останнього часу не робили через недоступність останніх. Але тепер вони є і в нашій країні, причому стоять вони дешевше, ніж спочатку. Тому і наші умільці стали виготовляти вітрогенератори цього типу.
Що необхідно підготувати?
За основу аксіального генератора потрібно взяти маточину від автомобіля з гальмівними дисками. Якщо ця деталь була в експлуатації, її необхідно розібрати, підшипники повірити і змастити, іржу зчистити. Готовий генератор буде пофарбований.
Розподіл і закріплення магнітів
Нам належить наклеювати магніти на диски ротора. В даному випадку 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 полюса. Щоб їх розташування було правильним, використовуйте шаблон з 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 у прямокутних - по їх довжині. Протистоять магніти повинні мати різні полюси. Щоб нічого не переплутати, маркером нанесіть на їх поверхню «+» або «-». Для визначення полюса візьміть один магніт і тримайте до нього інші. На притягивающихся поверхнях ставте плюс, а на отталкивающихся - мінус. На дисках полюса повинні чергуватися.
Для закріплення магнітів потрібно використовувати сильний клей, після чого міцність склеювання додатково підсилюють 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 гірше трифазного, тому що при навантаженні він дає вібрацію. Це відбувається через різницю в амплітуді струму, яка виникає через непостійній віддачі його за момент часу. Трифазна модель цим недоліком не страждає. Потужність в ній завжди постійна, тому що фази один одного компенсують: якщо в одній ток падає, а в іншій він наростає.
В результаті віддача трифазної моделі на 50% перевищує той же показник однофазної. Іншим плюсом відсутності непотрібної вібрації є акустичний комфорт при роботі під навантаженням: генератор чи 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-який практик все зробить інтуїтивно. Наш генератор не буде занадто швидкохідних. Нам потрібно, щоб процес зарядки акумулятора 12-вольта почався при 100-150 оборотах на хвилину. При таких вихідних даних загальне число витків у всіх котушках має становити 1000-1200шт. Залишилося розділити цю цифру на кількість котушок і дізнатися, скільки витків буде в кожній.
Щоб зробити вітрогенератор на низьких оборотах могутніше, потрібно збільшити число полюсів. При цьому в котушках зросте частота коливання струму. Для намотування котушок краще використовувати товстий провід. Це зменшить опір, а, значить, сила струму зросте. Слід врахувати, що при великому напруженні ток може виявитися «з'їденим» опором обмотки. Простий саморобний станочек допоможе швидко і акуратно намотати якісні котушки.
Через числа і товщини магнітів, розташованих на дисках, генератори можуть значно відрізнятися за своїми робочими параметрами. Щоб дізнатися, яку потужність чекати в результаті, можна намотати одну котушку і прокрутити її в генераторі. Для визначення майбутньої потужності, слід виміряти напругу на певних оборотах без навантаження.
Наприклад, при 200 оборотах в хвилину виходить 30 вольт при опорі 3 Ом. Віднімаємо від 30 вольт напруга акумулятора в 12 вольт, а отримані 18 вольт ділимо на 3 Ом. Результат - 6 ампер. Це той обсяг, який відправиться на акумулятор. Хоча практично, звичайно, виходить менше через втрати на діодному мосту і в проводах.
Найчастіше котушки роблять круглими, але краще їх трохи витягнути. При цьому міді в секторі виходить більше, а витки котушок виявляються пряміше. Діаметр внутрішнього отвору котушки повинен відповідати розміру магніту або бути трохи більше його.
Роблячи статор, врахуйте, що його товщина повинна відповідати товщі магнітів. Якщо число витків в котушках збільшити і зробити статор товщі, междискових простір збільшиться, а магнітопоток зменшиться. В результаті може утворитися той же напруга, але менший струм через збільшення опору котушок.
Як форма для статора використовують фанеру, але можна на папері розмітити сектора для котушок, а бордюри зробити з пластиліну. Міцність вироби збільшить склотканина, вміщена 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 або скотч. Котушки закріплюють між собою нерухомо, кінці фаз виводять назовні. Потім всі шість проводів з'єднують трикутником або зіркою.
Генератор в зборі тестують, використовуючи обертання рукою. Вийшло напруга становить 40 вольт, сила струму при цьому становить приблизно 10 Ампер.
Заключний етап - щогла і гвинт
Фактична висота готової щогли склала 6 метрів, але краще було б зробити її 10-12 метрів. Підстава для неї потребує бетонуванні. Необхідно зробити таке кріплення, щоб трубу можна було піднімати і опускати за допомогою ручної лебідки. На верхню частину труби кріпиться гвинт.
Для виготовлення гвинта потрібна ПВХ труба, діаметр якої становить 160 мм. З неї належить вирізати шестилопатеві двометровий гвинт. З формою лопатей має сенс поекспериментувати, щоб посилити крутний момент на низьких оборотах. Від сильного вітру гвинт потрібно відводити. Ця функція виконується за допомогою складного хвоста. Вироблена енергія накопичується в акумуляторах.
Вашій увазі надані два варіанти вітрогенераторів, які найчастіше використовуються дачниками і власниками заміської нерухомості. Кожен з них по-своєму ефективний. Особливо результат застосування такого обладнання проявляється в місцевості з сильними вітрами. У будь-якому випадку, такий помічник у господарстві не завадить ніколи.