Принцип роботи вітрогенераторів
Принцип роботи у всіх модифікаціях вітряків однаковий. У процесі обертання лопатей утворюється три види фізичного впливу: підйомна, імпульсна і гальмує сили. В результаті дії цих сил статор приходить в рух, а ротор на нерухомої частини генератора починає створювати магнітне поле і електричний струм рухається по дротах.
Варіантів виконання вітрогенераторів велика кількість, відрізняються вони не тільки потужністю, але і своїм зовнішнім виглядом. Структура більшості вітряків включає в себе: генератор, лопаті, інвертор, мультиплікатор. Інвертор використовується для перетворення отриманого заряду в постійний струм. Мультиплікатор - це редуктор, який призначений для збільшення числа оборотів валу. Встановлюють редуктори не на всі вітряки, в основному тільки на великі і потужні вітрові установки.
Трифазний змінний струм утворюється завдяки обертанню ротора. Отримана енергія спрямовується через контролер до акумуляторної батареї. Далі інвертор перетворює струм і робить його стабільним, саме в такому вигляді його можна подавати для живлення побутових приладів або освітлення.
Як самостійно виготовити вітрогенератор вертикального типу
Виготовити вітряк можна самостійно в домашніх умовах. Для початку потрібно визначитися з видом вітрогенератора. Залежно від своєї конструкції вітроустановки бувають:
- з вертикальною віссю обертання: ротор Дарині, вітрогенератор Савоніуса;
- з горизонтальною віссю обертання: паралельної або перпендикулярної потоку вітру.
Деякі моделі вітряків поєднують в собі кілька типів установок. Розглянемо приклад створення гібридного вітряка, який поєднує в собі конструкцію вітрових генераторів типу Савоніуса і Дарії.
збираємо ротор
Щоб зібрати ротор, необхідно придбати:
- 6 неодімових магнітів D30хH10 мм;
- 6 феритових кільцевих магнітів D72xd32xh15 мм;
- 2 металевих диска D230хH5 мм;
- епоксидної смоли або клей.
Замість металевих дисків можна використовувати пильні диски відповідного розміру. На одному диску розміщують 6 неодімових магнітів, чергуючи їх полярність, кут між ними повинен бути 60 градусів на діаметрі 165 мм.
На другому диску за таким же принципом у своєму розпорядженні ферритові кільцеві магніти.
Щоб магніти не зрушили під час роботи вітряка, їх потрібно хоча б до половини залити епоксидним клеєм.
Виготовляємо статор
Спочатку необхідно намотати 9 котушок по 60 витків, для цього використовують емальований мідний дріт діаметром 1 мм.
Далі котушки споюють між собою: початок першої котушки з кінцем четвертої, четверта з сьомої. Друга фаза точно так же з'єднується через дві котушки, тільки споювати починають з другої котушки. З'єднання третьої фази починається з третьої котушки.
З фанери виготовляється форма, в неї укладають пергаментний папір, зверху якої кладуть шматок скловолокна та котушки.
Все це заливається епоксидною смолою. Через 24 години з форми витягується готовий статор.
збірка генератора
Всі частини генератора готові, залишилося їх тільки зібрати.
Сам генератор буде кріпитися до кронштейну з хабом за допомогою шпильок. Детальніше розглянемо процес складання.
Етапи складання генератора:
- в верхньому роторі проробляється 4 отвори з різьбленням під шпильки. Вони необхідні для того, щоб ротор плавно «сідав» на своє посадочне місце;
- в статорі проробляється 4 отвори під кріплення кронштейна;
- на кронштейн укладається нижній ротор магнітами вгору, в ньому також просверливается 4 отвори під різьблення для шпильки;
- на нижній ротор кладуть статор;
- зверху укладають другий ротор магнітами вниз. Все це фіксується між собою і кронштейном з хабом шпильками і гайками.
Хаб (фланець з підшипниками) потрібно придбати окремо: нижня частина хаба повинна бути діаметром під 1,5 дюймову трубу.
Черговість кріплення всіх деталей більш детально представлені на схемі нижче:
1 - з'єднувальний елемент; 2 - опора лопатей; 3 - верхня частина ротора; 4 - магніт; 5 - втулка; 6 - статор; 7 - нижня частина ротора; 8 - гайка; 9 - шпилька; 10 - хаб; 11 - вісь; 12 - кронштейн для кріплення статора
Виготовляємо лопаті
Лопаті можна виготовити з дерева, склотканини та інших матеріалів. Швидше і легше цю частину вітрогенератора змайструвати з каналізаційної ПВХ труби. Краще використовувати труби оранжевого кольору, так як вони мають гарну щільністю і не бояться попадання прямих сонячних променів.
Для вертикального вітрогенератора знадобиться 4 лопаті з ПВХ труби і 2 ортогональні (вигнуті) лопаті з оцинкованої бляхи. Така конструкція дозволить обертатися вітряка навіть в умовах слабкого вітру зі швидкістю 2-3 м в секунду. Беремо метрові відрізки ПВХ труби і розрізаємо їх уздовж на 2 рівні частини. З жерсті вирізаємо півкола за розмірами майбутньої лопаті і кріпимо їх за допомогою болтів по краях труби.
Щоб виготовити ортогональні лопаті, вам знадобиться стандартний оцинкований лист сталі товщиною 0,75 мм. Спочатку ножицями по металу вирізається два відрізки розміром 1х0,4 м і чотири відрізка у вигляді крапельки. Потім відрізки стали потрібно зігнути і по краях прикріпити відрізки «крапельки».
Кріплять лопаті по колу на каркас, його можна зварити з профільної квадратної труби 20х20 та куточків 25х25. Розміри каркаса і відстань між лопатями можна побачити на схемі нижче:
Збірка конструкції вітрогенератора
З водопровідних труб різного діаметру зварюється щогла, висота її залежить від місцевості, де буде розташовуватися вітрогенератор, і умов його експлуатації, але в будь-якому випадку він повинен бути вище даху будинку.
Заздалегідь під секційну щоглу потрібно підготувати триточковий армований фундамент. До готової щоглі на землі прикручується генератор. Далі до генератора прикріплюється болтами каркас з лопатями. Щогла з вітряком кріпиться до фундаменту за допомогою двох шарнірних опор і за допомогою лебідки піднімається у вертикальне положення. Після підйому щогли третя опора за допомогою болта прикручується до основи вітряка. Додатково щоглу потрібно зафіксувати за допомогою розтяжки.
електрична частина
Вітряк видаватиме 3-х фазний змінний струм. За допомогою мостового випрямляча, що складається з 6 діодів, перетворюємо його в постійний струм.
Це дає можливість заряджати акумулятор на 12 В. Для контролю зарядки акумулятора і запобігання його перезарядки використовують стандартне реле зарядки автомобіля РР-380.
До акумулятора підключають інвертор, який дозволяє перетворити отримані 12 В постійного струму в 220 В змінного частотою 50 Гц.
Результат роботи вітряка: розрахунок ефективності
Тестові випробування вітрогенератора при різній швидкості вітру показали наступні результати:
- при швидкості вітру 5 м / с отримуємо 60 об / хв - 7 В і 2,3 А = 16 Вт;
- при швидкості вітру 10,6 м / с отримуємо близько 120 об / хв - 13 В і 3,4 А = 44 Вт;
- при швидкості 15,3 м / с приблизно 180 об / хв - 15 В і 5,1 А = 76,5 Вт;
- при швидкості вітру 18 м / с отримуємо 240 об / хв - 18 В і 9 А = 162 Вт.
В основному вітряк видає 16-45 Вт, так як вітер більше 15 м / с буває рідко. Однак, якщо поставити швидкісний гвинт, тоді можна отримати більш високі результати.