Как из подручных материалов сделать самодельный ветрогенератор на неодимовых магнитах

Ветрогенератор своими руками — это несложно!

«Нам электричество сделать всё сумеет …» — так пели студенты электротехнических ВУЗов середины прошлого века. В этой юмористической «оде» электричеству отведено много фантастики, но сегодня мы можем с уверенностью сказать, что современный человек без электричества просто пропал бы. Если свечи и могли бы нам заменить «лампочку Ильича», то как быть со всем остальным?

К настоящему времени человеком открыты разные способы получения электрического тока:

• гальванические элементы, в которых химическая энергия преобразуется в электрическую;
• термогенераторы, в которых в электричество преобразуется тепловая энергия;
• солнечные батареи, где в электроэнергию преобразуется солнечная энергия.

Каждый из таких источников имеет свои достоинства и недостатки. Однако преимущественное распространение получили генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в энергию переменного электрического тока. Это так называемые индукционные генераторы, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции.

Немного истории и теории

Вспомним немного школьный курс физики, из которого нам известно, что явление электромагнитной индукции было открыто в 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем. А заключается оно в следующем: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в этом контуре возникает электрический ток.

То есть в простейшем виде такой генератор выглядит как рамка, помещенная в поле постоянного магнита, вращающаяся под действием механической силы. Однако такой тип генератора переменного тока с неподвижной магнитной системой (индуктором) и вращающимися витками проводника (якорем) применяется очень редко. Связано это с тем, что для отведения тока от движущейся катушки требуются подвижные контакты, а при токе высокого напряжения в таких контактах будет иметь место сильное искрение. Поэтому в подавляющем большинстве индукционных генераторов переменного тока обмотку (якорь), в которой наводится ток, делают неподвижной и называют статором, а вращают магнитную систему (индуктор), который называют ротором. В мощных генераторах магнитное поле создают обычно с помощью электромагнита, питаемого от источника постоянного тока — возбудителя.

Однако с появлением магнитов из сплава неодим-железо-бор, которые по своим характеристикам значительно превосходят другие виды постоянных магнитов, появилась возможность изготавливать ротор генератора на основе постоянных магнитов. Неодимовые магниты, разработанные в 70–80-е годы прошлого века, отличаются высокими и стабильными магнитными свойствами при малых размерах.

Теперь несколько слов о механической энергии, которую генератор преобразует в электричество. Для вращения ротора генератора используются энергия воды (гидрогенераторы), энергия пара (парогенераторы). Существуют генераторы, работающие от дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Забота же об окружающей среде и об экономии собственных средств заставила человека вспомнить о таком «неутомимом работнике» как ветер. С незапамятных времен люди использовали энергию ветра для движения кораблей и для превращения зерна в муку. Современные ветряные двигатели для электрогенераторов ведут свою родословную именно от ветряных мельниц. Соединив ветряной двигатель (ветряк) с электрогенератором, изготовленным с применением современных магнитов, получим ветрогенератор на неодимовых магнитах — экологически безопасный и экономичный источник электрической энергии.

Чем хорош ветрогенератор

Сегодня даже заядлый скептик не будет оспаривать пользу этого вида источников переменного тока.

Конечно, величины напряжения, мощности и тока, полученных от генератора для ветряка, сделанного своими руками не позволят запитать все электроприборы в достаточно большом загородном доме. Но вот снабдить электричеством небольшой дачный домик, особенно если он расположен далеко от электрической сети, вполне рациональное решение. И даже если только часть потребляемой электроэнергии для дома вы получите от ветряка, то в перспективе экономия будет ощутимой.

Кроме того, сделать генератор для ветряка — это интересная творческая работа, выполнив которую вы по праву сможете гордиться собой.

Из чего состоят ветрогенераторы и какие они бывают?

Обязательными элементами такого ветрогенератора на магнитах являются:

1) Мачта, на которой установлены ветровое колесо и генератор. Ее высота выбирается исходя их конкретных природных условий и потребностей человека.

2) Двигатель для ветряка — ветровое колесо с лопастями, которое преобразует движение ветра во вращательное движение вала ротора генератора.

3) Генератор, вырабатывающий переменный электрически ток, величина которого зависит и от параметров статора и ротора генератора, и от скорости вращения ветрового колеса, дающего движение ротору.

Кроме того в состав системы могут входить ряд вспомогательных устройств, обеспечивающих управление работой системы и улучшающие качество получаемого тока: контроллер, аккумуляторные батареи, преобразователи, стабилизаторы.

В зависимости от направления оси вращения различают два типа ветрогенераторов — вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные (пропеллерные) имеют больший КПД, но они более сложны по конструкции, так как включают систему, ориентирующую пропеллер по ветру. Изготовление таких ветрогенераторов сложнее, а работают они только при достаточно больших скоростях ветра. Кроме того, ветряки с горизонтальной осью вращения требуют достаточно большого пространства, а модели с вертикальной осью вращения значительно компактнее.

Вертикальные ветряки проще по конструкции, дешевле, но их КПД ниже.

Но обратимся к сердцу любого ветряка — электрогенератору переменного тока, ротор которого выполнен на неодимовых магнитах.

Как собрать генератор на магнитах

Собираем ротор

Ротор такого магнитного ветрогенератора конструктивно представляет собой сборку из двух стальных дисков, расположенных параллельно друг другу. Диски жестко скреплены между собой через распорную втулку и установлены на валу, вращение которого обеспечивает турбина ветряка. Можно рекомендовать сделать ротор из автомобильной ступицы в сборе с тормозными дисками. Это надежная и хорошо сбалансированная основа для ротора. Дешевле будет взять б/у ступицу. В этом случае ее необходимо разобрать, тщательно почистить, проверить и смазать подшипники. Можно диски для ротора изготовить самостоятельно из низкоуглеродистой стали. Конечно, можно взять и другой материал, но следует учесть, что при использовании немагнитного материала эффективность генератора значительно снижается.

По периметру каждого диска располагаются магниты. Какие магниты нужны для ветрогенератора? Можно взять дисковые, прямоугольные, но наилучший эффект дают неодимовые магниты-сектора. Их размер и количество могут быть разными в зависимости от вашей цели и возможностей. Однако число пар полюсов магнитов должно быть четным, причем для однофазного генератора их должно быть столько же, сколько и катушек в статоре, а для трехфазного — четыре или две пары на три катушки. Магниты по периметру диска устанавливаются с чередованием полюсов: N–S–N–S…. Для этого предварительно следует изготовить шаблон, где точно обозначить место каждого магнита.

Размеры дисков ротора рассчитываются, исходя из размеров магнитов и их количества. Толщина диска для ротора должна быть порядка толщины магнита.

Магниты приклеиваются к диску суперклеем, а затем диск заливается эпоксидной смолой. Чтобы избежать ее стекания по внутренней и наружной окружности диска делаются бортики из скотча, пластилина или другого подручного материала. Перед тем, как залить диск эпоксидкой рекомендуем пометить на каждом диске по магниту, полюса которых направлены встречно, чтобы затем не перепутать при сборке. При сборке генератора следует следить за тем, чтобы магниты на дисках ротора располагались точно напротив и были направлены противоположными полюсами друг к другу. Схематический чертеж ротора ветряка с распределением магнитных силовых линий представлен на рис. 1.

Изготовление статора ветрогенератора

Теперь сформированное магнитное поле нужно преобразовать в электричество. Для этого служит статор — неподвижная обмотка из медного провода, расположенная так, чтобы силовые магнитные линии, образуемые магнитами ротора, при его вращении пересекали провода обмотки.

Статор генератора располагается в зазоре между дисками ротора. Состоит он из неподвижных плоских катушек без сердечников. В каждой катушке при пересечении силовыми линиями магнитного поля возникает ЭДС индукции, переменная по величине и направлению. Величина напряжения, значит, и эффективность ветрогенератора, зависят от скорости вращения ротора, от количества витков в каждой катушке, от числа самих катушек и диаметра медного провода, используемого для их изготовления.

Генератор может быть однофазным или трехфазным. Первый проще, но второй предпочтительнее по двум причинам. Во-первых, в ветряке с трехфазной схемой генератора отсутствуют вибрации, которыми в нагруженном состоянии грешит однофазный. Кроме того, трехфазный генератор эффективнее однофазного более чем в 1,5 раза.

Расчет числа и параметров катушек для ротора ведется исходя из числа магнитов, их ширины, выбранного соотношения 4/3, или 2/3 и диаметра провода.

Если для обмотки взять тонкий провод, то катушки статора можно намотать с большим количеством витков, напряжение на выходе генератора будет более высоким, но его нагрузочная способность ниже. При использовании более толстого провода с меньшим сопротивлением в зазоре для статора поместятся обмотки с меньшим числом витков, в результате выходное напряжение будет ниже, но выше нагрузочная способность. Форма катушек определяется формой магнитов, а оптимальной толщиной статора считается величина, равная толщине магнитов. Число витков каждой катушки получается делением общего числа витков обмотки на число катушек, а общее число витков обмотки статора определяется, исходя из ЭДС, величины магнитной индукции, средней скорости вращения ротора.

Намотав катушки, их раскладывают на предварительно подготовленном шаблоне с размеченными секторами, соединяют между собой в зависимости от выбранной схемы. В однофазном варианте все катушки соединяются между собой последовательно. При этом нужно учесть, что токи в соседних катушках будут иметь противоположные направления, поэтому соединяются начало с началом соседней, а конец с концом следующей. Провода от начала первой и конца последней катушек выводятся наружу. При трехфазном варианте между собой соединяются каждая третья катушка. Провода каждой фазы выводятся наружу и впоследствии соединяются звездой или треугольником. Схемы соединения обмоток генератора представлены на рис. 2.

Для прочности под катушки и на них кладется стеклоткань, и вся конструкция заливается эпоксидной смолой. После ее застывания сверлятся отверстия для крепежных болтов.

Оба диска ротора устанавливаются на валу с двух сторон от статора на расчетном расстоянии, на передний диск ротора крепится ветроприемное устройство.

Заглянем в будущее

Человеческая мысль не стоит на месте и самые распространенные сегодня горизонтальные ветрогенераторы постепенно уступают свое место вертикальным. Связано это с появлением технологии магнитной левитации, или так называемых ветрогенераторов на магнитной подушке. В такой конструкции лопасти крыльев при малых габаритах максимально используют энергию ветра, то есть КПД тут будет значительно выше.

Первенство в применении этой технологии принадлежит китайцам, но сейчас во многих странах мира инженеры работают над созданием мощных ветрогенераторов с магнитной левитацией, позволяющих осуществить переход к источникам возобновляемой энергии в промышленном масштабе.

Как из подручных материалов сделать самодельный ветрогенератор на неодимовых магнитах

Ветрогенератор Ленца – простая и эффективная конструкция для получения электроэнергии. Ее можно смело использовать как в качестве самостоятельного источника питания, так и в сочетании с централизованным электроснабжением. В основе действия ветрогенератора лежит закон электромагнитной индукции Лоренса – Ленца. Вращение лопастей осуществляется за счет подъемной и импульсной силы. Магнитное поле, что образуется вследствие вращения, вырабатывает электроэнергию. Кроме того, оно удерживает ротор «на весу» с незначительной опорой на основу. Лопасти вращаются в плоскости параллельно земной поверхности, поэтому они реагируют на любое направление ветра и работают в сравнительно интенсивном режиме.

В числе основных достоинств ветрогенератора Ленца стоит отметить:

• износостойкость;
• легкость старта, реагирование даже на ветер средней силы – от 0,17м/с;
• бесшумную работу конструкции;
• отсутствие электромагнитных излучений, негативно влияющих на работу чувствительных приборов и оборудования;
• легкость и простоту в эксплуатации и обслуживании;
• возможность самостоятельно изготовить работоспособную и эффективную конструкцию из подручных материалов;
• высокий коэффициент полезного действия;
• экологичность и безопасность конструкции;
• стойкость к механическому воздействию резких порывов ураганного ветра.

Вариативность конструкции ветрогенератора Ленца

Количество лопастей может составлять от двух и более. Увеличение их числа позволяет конструкции реагировать даже на слабые порывы ветра, но такое устройство развивает относительно небольшую скорость. И, напротив, по мере уменьшения количества лопастей скорость вращения генератора увеличивается. Но запустить его в работу можно только при относительно сильном ветре.

Материалы, необходимые для изготовления ветрогенератора

Чтобы самостоятельно изготовить ротор Ленца, вам потребуются:

• фанера толщиной до 10 мм;
• стальная лента с отверстиями под крепления;
• металлический стержень 60 см с диаметром 10 мм;
• листовой металл или пластик, который можно легко раскроить в домашних условиях;
• 9 отрезков древесины размером приблизительно 450*25 мм;
• автомобильная ступица;
• набор неодимовых магнитов;
• медная проволока;
• болты и гайки разных размеров.

Последовательность изготовления и сборки ветрогенератора на неодимовых магнитах своими руками

Общий план работы выглядит следующим образом:

• из фанеры с помощью картонных заготовок вырезаются детали лопастей;
• собирается лопастной механизм;
• подготавливается осевой стержень, на котором будут размещены лопасти;
• монтируется конструкция из неодимовых магнитов и статор с катушками;
• система собирается и подключается в работу.

После подготовки всех материалов можно приступать к раскрою и сборке основных деталей ветрогенератора Ленца:

1. С помощью лобзика вырезаем из фанеры шесть заготовок половин лопастей – по две на каждую лопасть.
2. В заготовках лопастей рассчитываем по два отверстия для установки крепежных планок и вырезаем их с помощью лобзика. Концы каждого крыла фанерных деталей соединяем с помощью планок, длина которых равна высоте крыла. Если крепежные планки выступают за пределы лопастей, их следует аккуратно подрезать.
3. Зафиксировать планки внутри лопастей можно с помощью шурупа. Если вы переживаете за сохранность конструкции, можно дополнительно проклеить отверстия с планками.
4. Как правило, заостренные концы лопастей повернуты относительно центра конструкции на 9 градусов. По расчетам Ленца такой показатель обеспечивает оптимальное вращение конструкции. Но возможно изменить параметр угла в ходе тестирования готового генератора, если лопасти выбранного вами размера лучше вращаются под другим углом.

Процесс отделки лопастей с помощью металлического или пластикового листа осуществляется следующим образом:

1. Оптимальным будет оборачивание не только переднего, но и обратного края крыла, тем более что необходимо защитить фанеру от неблагоприятного внешнего воздействия.
2. Из рулона или листа вырезается два по высоте лопастей и по ширине, равной ширине крыла с запасом. Каждый отрезок крепится на соединительные планки с помощью винтов прямо вдоль срезанного края.

Сборка конструкции ротора на неодимовых магнитах

Выбор автомобильной ступицы в качестве основы ротора оправдан ее высокой прочностью и подходящими размерами. После очистки поверхности от грязи необходимо разметить деталь, разделив ее на 20 частей. Это необходимо для равномерного распределения магнитов по окружности ступицы. Стандартный размер магнитных элементов – 25*8мм. Их количество и размеры могут меняться в любую сторону, в зависимости от параметров всей конструкции.

Перед наклеиванием магниты необходимо разметить таким образом, чтобы после установки на ступицу они были направлены друг к другу противоположными полюсами. Образующаяся при этом сила притяжения будет достаточной для удержания и вращения конструкции ветрогенератора. Разметка должна быть максимально точной, добиться нужного эффекта не удастся. Зафиксировать магнит на диске можно с помощью супер клея и заливки эпоксидной смолой. Для предотвращения ее растекания по краю диска и формируют барьер из пластилина или скотча.

Статор представляет собой неподвижный элемент с силовой обмоткой, где индуцируется ток. Его можно изготовить из фанерного листа круглой формы, по окружности которого размещены катушки из медной проволоки. Их можно делать круглыми или придавать вытянутую форму таким образом, чтобы внутри катушки помещался магнит выбранных размеров. Толщина конструкции статора должна быть равна толщине магнитных элементов. После размещения по поверхности диска концы проводов катушек выводятся за пределы фанерного диска и соединяют между собой. Катушки укладывают на фанеру на слой стеклоткани и заливают слоем эпоксидной смолы. Статор и ротор соединяют соосно с минимальным расстоянием, чтобы ротор с магнитами свободно вращался, не цепляясь за медные катушки.

Сборка самодельного ветрогенератора Ленца

Для установки генератора мастера советуют использовать поддерживающую конструкцию, чтобы крылья свободно вращались под воздействием ветра. Решением проблемы может стать L-образный металлический кронштейн достаточной прочности. Его меньшая часть закрепляется на вале двигателя от стиральной машины или небольшой бытовой техники, а на длинную часть устанавливается конструкция с крыльями. Все элементы надежно соединяются болтами.

Похожие публикации:

• Самодельный ветрогенератор из автомобильного генератора
• Прорыв в использовании ветровой энергии
• В Роттердаме планируют совместить ветровую турбину и отель
• Инновационный ветродвигатель «Альбатрос»

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Генератор, который работает на неодимовых магнитах. Как сделать своими руками

Бесплатной электроэнергии не бывает, однако существует масса способов сделать её более дешёвой. Например, с помощью альтернативных источников энергии. Они, возможно, не покроют все потребности конкретного дома или офиса, но спокойно смогут своей работой компенсировать львиную долю потребляемого электричества. Неодимовые магниты — одна из популярных основ для подобных генераторов. Такой источник доступен для сборки собственными руками. В этой статье вы узнаете, как это сделать, с помощью опробованных схем, рекомендаций мастеров и видео.

Генератор на неодимовых магнитах: принцип и схема работы

Неодимовые магниты – элементы, которые позволяют конструировать альтернативные источники энергии. Неважно, какими они будут: ветряными, водными или механическими. Речь идёт не о мифологических вечных двигателях, а о целиком реальных устройствах с высоким КПД. В быту они, как минимум, помогут вам зарядить гаджеты или автомобильный аккумулятор.

Внимание! Все утверждения о «реально бесплатной» или «свободной» энергии и вечных двигателях на основе неодимовых магнитов – ложь, противоречащая законам физики. Для работы любого двигателя нужна энергия. Задача генераторов на основе этих элементов – уменьшить её потребление извне, при этом максимально увеличив производительность.

В таких устройствах за основу взят обычный маятник, а давать низкопотенциальную энергию будет сила тяжести. Схема работы такова:

1. В верхней части маятник вольно качается на паре подшипников.
2. Внизу на конце рычага маятника находится дугообразный отрезок с парой мощных неодимовых магнитов.
3. На неподвижной опоре в верхних точках колебания маятника установлены два электромагнита, сопоставимые по мощности с неодимовыми. По мере приближения маятника они будут кратковременно включаться и отталкивать его.
4. По качающейся дуге располагаются менее мощные неодимовые магниты. На них возложена функция ротора.
5. На неподвижной платформе в нижнем сегменте окружности маятника размещены статорные катушки без сердечника (6-12 шт., в зависимости от размеров устройства). Их функция – сокращение торможения.
6. Выше дуги можно расположить ещё одну, меньше по количеству магнитов, по размеру и мощности.
7. Электромагниты следует запитать от маломощной батареи из электроконденсаторов.
8. Чтобы преобразовать энергию в переменный ток, нужно установить инвертор.

Плюсы и минусы конструкции

Специалисты считают, что для обеспечения электричеством загородного дома достаточно маятника с осью длиною 6 м. В таком случае электромагниты будут толкать неодимовые магниты на маятнике с силой более 100 кг. Плюсы такого устройства в том, что оно не зависит от ветра или солнца. Кроме того, такой генератор не нуждается в дорогих аккумуляторах, как другие альтернативные генераторы энергии.

Однако при использовании не исключены проблемы:

1. В момент движения маятника в обратную сторону может смениться полярность магнитов. Решается с помощью включения в цепь тиристоров и диодов.
2. В момент зависания маятника в верхней точке может возникнуть эффект пульсации в сети. Решается так:

• устанавливается конденсатор, который краткосрочно собирает энергию, препятствуя скачкам;
• монтируется аккумулятор, который будет собирать энергию долгосрочно;

• конструируется ещё один генерирующий маятник, который будет работать асинхронно с первым (когда один – в верхней точке окружности, второй – в нижней).

Внимание! С ферритовыми магнитами этот проект реализовать не удастся из-за их технических характеристик.

Ветрогенератор на неодимовых магнитах своими руками: монтаж основы

В качестве основы для таких установок выступают автомобильная ступица плюс тормозные диски. Преимущество в том, что её просто достать (в т.ч. купить б/у) и не нужно основательно переделывать или дополнять:

• разберите;
• почистите от ржавчины (например, стальной щёткой, насаженной на дрель);
• смажьте детали;
• соберите;
• покрасьте корпус и пользуйтесь.

Неодимовые магниты будут крепиться прямо на ступицу. Их потребуется около 20 штук: примерная высота 8 мм, диаметр 25 мм. Очень важно правильно, равномерно и точно расположить магниты – по кругу, с чередованием полюсов. Крепить их лучше на клей, который стоит предварительно испытать на прочность.

Совет. Народные конструкторы рекомендуют сначала расчертить ступицу или разложить магниты на бумажном макете, чтобы разместить их на равном расстоянии друг от друга.

После того как все магниты будут приклеены, залейте поверхность диска эпоксидной смолой. По контуру намотайте борт. Материал и способ может быть разным:

• грубый картон;
• гибкая пластмасса;
• пластилин;
• тонкая полоска шпона.

Для этого генератора лучше всего подходит трёхфазная модель. Она сложна в сборке, но имеет ощутимые преимущества:

• не производит вибрацию, которая является бичом ветрогенераторов;
• бесшумна;
• осуществляет постоянную подачу тока;
• генерирует стабильную мощность (фазы компенсируют друг друга).

Сборка и установка ветрогенератора

После завершения сборки ротора следует подготовить детали для неподвижной части конструкции – статора. Он состоит из катушек из медного провода. Его сечение должно быть большого диаметра, чтобы снизить сопротивление. Как правило, намотку таких катушек осуществляют на глаз. Чтобы зарядить батарею в 12В при 120-150 оборотах в минуту, нужно около полутора тысяч витков (суммарно для всех катушек). Наматывается провод на готовых частях будущей конструкции или самодельных макетах.

Статоры могут быть как круглые, так и прямоугольные. Всё зависит от параметров магнитов. Если форма прямоугольная, лучше, чтобы магнитное поле располагалось вдоль большей стороны. Толщина неподвижных элементов также должна соответствовать высоте магнитов. В таком случае вы получите наибольшую эффективность устройства.

Генератор собран – можно приступать к монтажу мачты и сборке винта. Для вышки главное, чтобы устройство на её вершине имело доступ к свободному потоку воздуха. Если она установлена среди застройки, высота должна минимум на 1 м превышать уровень близлежащих строений или деревьев. Для открытой площадки обычно достаточно 5 м. Также мачта должна соответствовать следующим критериям:

• прочность;
• удобство для монтажа и обслуживания генератора на высоте;
• устойчивость, в т.ч. – к вибрации.

Винты для генератора лучше всего изготавливать крыльчатой формы – для максимального аэродинамического эффекта. Материал – ПВХ трубы диаметром от 4 мм или металл. Лопасти крепятся к двигателю с помощи металлической головки с приваренными пластинками по числу винтов. Оптимальное количество лопастей – от 3 до 6.

Внимание! Винты крепятся на расстоянии не меньше 25 см от генератора. Это мера безопасности. При сильном порыве они могут сломаться о корпус устройства.

Не стоит отчаиваться, если генератор в собранном виде не показал того результата, на который вы рассчитывали. Проверьте расчёты, доработайте и усовершенствуйте модель.

Изготовление генератора на неодимовых магнитах: видео

Источник https://magnit96.com/blog/article/vetrogenerator-svoimi-rukami/

Источник https://altenergiya.ru/veter/kak-iz-podruchnyx-materialov-sdelat-samodelnyj-vetrogenerator-na-neodimovyx-magnitax.html

Источник https://sandizain.ru/na-dache/generator-kotoryj-rabotaet-na-neodimovyx-magnitax.html