Как сделать ветрогенератор из асинхронного электродвигателя
Чтобы получать бесплатную электроэнергию, очень выгодно использовать ветрогенератор, там где нет стационарной сети. В отличие от солнечных панелей, он может генерировать электричество даже ночью, главное, чтобы был достаточный ветер. Собрать ветрогенератор можно из обычного асинхронного электродвигателя с минимумом затрат, и получать в итоге 220 В после преобразования для питания бытовых приборов.
Материалы:
- Электродвигатель асинхронный;
- неодимовые магниты — http://ali.pub/4yy1yd
- диодный мост 50 А — 2 шт. — http://alii.pub/5nfe4v
- конденсаторы — 2 шт.;
- аккумуляторы 12 В – 4 шт.;
- пластиковая канализационная труба 110 мм;
- фанера 10 мм;
- инвертор 220В — старый бесперебойник.
Процесс изготовления установки
Генератор изготавливается из обычного асинхронного электродвигателя на 220 В.
Нужно снять его якорь, и вырезать в сердечнике полости для мощных неодимовых магнитов. Для этого делаются надпилы, затем металл высверливается и стачивается.
Магниты вклеиваются в пазы с чередованием полярности.
В таком виде генератор сможет производить переменный ток, напряжением около 12-50 В на низких оборотах, но с большими скачками напряжения. Нужно преобразить его в постоянный ток, чтобы подзаряжать аккумуляторы.
Для этого собирается предложенная схема из диодных мостов и конденсаторов.
Из пластиковой канализационной трубы вырезаются лопасти для ветрогенератора.
Под этот двигатель их длина делается 42 см, ширина с одной стороны 9 см, а с другой 3 см. Нужно вырезать 3 лопасти. Если генератор сделан из большого мотора, который сложно раскрутить, то длина и ширина лопастей увеличивается.
Из фанеры с помощью корончатого сверла высверливается диск для крепления лопастей. С двух сторон он укрепляется меньшими дисками. Заготовка размечается и просверливается, затем к ней прикручиваются лопасти.
Полученная крыльчатка прикручивается к валу генератора. В последнем предварительно сверлится отверстие, и нарезается резьба под болт.
Ветрогенератор с крыльчаткой устанавливается на верху в хорошо продуваемом месте. Через собранную из диодных мостов схему от него заряжаются 4 аккумулятора по 12В, соединенные последовательно.
Накопленный на них заряд преобразуется в 220 В переменного тока с помощью инвертора, который подходит для питания бытовых приборов.
Смотрите видео
Мотор-колесо как генератор
Коммерческие ветрогенераторы обычно оснащаются винтовыми пропеллерными электродвигателями. У них высокий КПД – до 49%. Но такие двигатели сложны в изготовлении, поэтому самодельные ветрогенераторы обычно имеют стандартную конструкцию на роторном моторе. В роли генераторов для домашней ветроэнергетики нередко используются мотор-колеса для электровелосипедов и гироскутеров. Фактически МК для велосипеда, скутера или электромобиля – это готовый 3-фазный генератор тока на магнитах.
Устройство мотор-колеса
Внутри втулочного мотора для велосипеда или скутера находится вращающийся статор с 30–50 неодимовыми магнитами и статичный ротор с 3 независимыми обмотками. Каждая из них выполнена из 4–9 проводов общим диаметром 3–4 мм. В велосипедных МК обмотки обычно соединяются по схеме «звезда», а в моделях для электросамокатов и скутеров – по принципу «треугольник».
Характерные особенности
- В режиме генератора мотор-колесо начинает выдавать ток без промедлений. Номинальная мощность МК при таком варианте использования достигается при 500–700 об./мин., в зависимости от особенностей модели.
- Выработка электроэнергии обеспечивается сразу после установки ветрогенератора, даже при незначительной силе ветра (1–2 м/с).
- Выходное напряжение пропорционально скорости вращения.
- Для увеличения снимаемой мощности достаточно подключить дополнительные обмотки.
- Для торможения МК достаточно закоротить обмотки между собой.
- Для регулировки мощности можно снять или подключить дополнительные обмотки, предварительно закоротив их.
Типы мотор-колес
Мотор-колеса бывают редукторными и прямоприводными. Для использования в качестве генератора электрического тока для ветряка подходят только модели прямого привода. Они не только более надежны и дольше служат благодаря максимально простой конструкции, но и обеспечивают возможность рекуперации энергии. К тому же, отсутствие шестеренок на прямоприводном электродвигателе снижает механические потери.
По весу и мощности МК прямого привода делятся на 3 категории:
- Модели массой 4,5–6 кг с номинальной мощностью 600–1000 Вт и КПД около 85%.
- Устройства массой 8–10 кг с номинальной мощностью 1,5–2 кВт.
- «Тяжеловесы» массой до 24 кг и мощностью до 8 кВт.
Для получения хорошего инерционного эффекта используемое в качестве генератора мотор-колесо должно быть тяжелым. Для получения мощного ветряка подойдет МК на 1000 Вт и 48 В. Универсальную модель можно собрать из МК на 800 Вт, а компактный вариант – на основе ступичного электромотора мощностью 500 Вт.
Выбор напряжения
При покупке прямоприводного МК для вертикального ветряка нужно выбирать модели с увеличенным вольтажом. Например, для аккумуляторной системы напряжением 12 В подойдет безредукторный электромотор на 24 В, для АКБ на 24 В – мотор на 36 В и т.д. Такая разница в напряжении необходима для компенсации его снижения на контроллере и корректной работы при увеличенных оборотах на ветряке. К тому же, напряжение электромотора должно быть выше заданного выходного напряжения, чтобы не допустить его критического снижения при вращении на неполную мощность.
Принцип работы мотор-колеса как генератора ветряка
Для запуска МК нужен источник крутящего момента. Для превращения мотор-колеса в источник энергии нужно инициировать его вращение и заставить устройство работать в качестве генератора. Для этого нужен выгодный пусковой старт, например, энергия ветра. Чтобы использовать ее для выработки электроэнергии, достаточно собрать и установить ветряк из мотор-колеса.
Основные элементы такой конструкции – это ось вращения, лопасти для улавливания ветра и мачта для подъема конструкции на необходимую высоту. Положение генератора может быть вертикальным и горизонтальным. Вертикальный вариант лучше, т.к. позволяет минимизировать сопротивление вращению. Лопасти можно сделать из полипропиленовых полусфер или другие, на усмотрение разработчика. Главное – чтобы они запускались в движение даже при небольшом движении ветра.
Сборка ветрогенератора из мотор-колеса
Процесс сборки ветряка своими руками включает следующие этапы:
- Подготовка мотор-колеса с подходящими значениями напряжения, мощности и крутящего момента.
- Изготовление и монтаж лопастей. Их можно сконструировать из ПВХ трубы, полипропилена, стеклоткани, дерева и других материалов. Для возможности вращения даже при незначительном ветре лопасти нужно развести на максимальное расстояние от оси вращения.
- Соединение лопастей с колесом. Проверка прочности крепления.
- Монтаж поворотного механизма, необходимого для вращения лопастей от малейших дуновений ветра. По прочности лучше использовать узел из стали, чтобы он выдерживал даже ураганные воздействия.
- Подготовка контроллера, необходимого для измерения выходной мощности.
- Установка турбины для монтажа ветряка. Например, можно соединить крепежом уголки из металла. Готовую турбину надеть на ось вращения и выполнить статическую балансировку.
- Подсоединение МК к устройствам, потребляющим энергию.
Читайте в предыдущей статье блога VoltBikes о выборе напряжения для электровелосипеда.
- 12 января 2021 г.
- 14627 просмотров
Ветрогенератор на асинхронном двигателе своими руками
Работа ветрового генератора основана на преобразовании энергии ветра в электрическую энергию. Преобразование осуществляется путем передачи кинетической поступательной энергии ветровых потоков (№1 на схеме), во вращательное движение (№2 на схеме) лопастей ветровой установки («В» на схеме). В свою очередь вращательное движение лопастей, посредством механической передачи (устройство вторичного вала и редуктора), передается на вал электрического генератора («G» на схеме), вырабатывающего электрический ток (№3 на схеме).
Ветряк из подручных материалов
Самодельные ветряки обычно изготавливают из тех материалов, которые удалось найти в гараже, сарае или иных доступных местах. Приобретение материалов или оборудования производится редко, так как зачастую весь процесс создания ветряка является экспериментом с неясным результатом, поэтому нести какие-либо расходы нецелесообразно. В целом, такой подход себя оправдывает, так как он дает возможность оценить перспективы и сделать выводы относительно параметров установки, необходимой для полноценного решения вопроса.
Как сделать своими руками, что потребуется
При изготовлении ветрового генератора своими руками могут быть использованы различные материалы и подручные средства, имеющиеся в наличии. Самым главным условием для успешного решения поставленной задачи является желание изготовить подобный механизм самостоятельно и умение работать разнообразным инструментом, а также наличие свободного времени.
Вот некоторые из вариантов изготовления подобных устройств из подручных средств:
Читайте также: Таймер электронный ТЭ 15. Конструкция, настройка и применение.
Из автомобильного генератора
Автомобильный генератор, по своему устройству, предполагает производство электрической энергии, которая вырабатывается при вращении его вала. В связи с этим, вариант использования подобного устройства, является наиболее простым решением, при самостоятельном сооружении ветровой установки.
Наиболее сложной частью, подобного устройства, являются лопасти и узел их крепления. Для изготовления данного узла можно использовать листовой, не поддающийся коррозии, металл, (алюминий, нержавеющая или оцинкованная сталь), который должен иметь способность крепиться к валу генератора и позволять закрепить необходимое количество лопастей на нем.
Лопасти можно изготовить из пластиковых труб диаметром 100,0 — 120,0 мм, для чего их следует нарезать требуемой длины и разрезать пополам, после чего места пиления обработать абразивными материалами и закрепить на ранее подготовленном узле их крепления. Собранный узел монтируется на вал генератора.
Из металлических труб, диаметром 20,0 – 25,0 мм изготавливается несущая конструкция, ее размер и форма, зависят от типа автомобильного генератора. Данный узел установки несет на себе максимальную нагрузку, в связи с тем, что именно эта часть создаваемого ветрового генератора подвергается воздействию потоков ветра и на рнего воздействует собственный вес монтируемых деталей.
На изготовленную несущую конструкцию монтируется генератор с лопастями, а также хвостовик установки, который может быть изготовлен из любого прочного материала: пластик, фанера, листовой металл.
Когда конструкция готова, к выводам генератора подсоединяются провода и вся установка монтируется на заранее подготовленном основании. Высота основания и место его установки, должны быть выбраны индивидуально, в зависимости от конкретных условий и региона расположения, что определяется наличием и скоростью воздушных потоков.
Один из вариантов ветряка, изготовленного с использованием автомобильного генератора, приведен на ниже приведенном фото:
Из асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель, это электрический аппарат, служащий для преобразования электрической энергии в механическую, в виде вращательного движения вала данного устройства.
В своей конструкции, асинхронный двигатель имеет статор, в который помещены электрические обмотки и ротор, вращающийся внутри статора, и если в нормальном режиме работы, ротор вращается под воздействием электрического поля, создаваемого в статоре, при подаче на обмотки напряжения, то при использовании подобных электрических машин, при изготовлении ветрового генератора, происходит обратный процесс – при вращении ротора, в электрических обмотках статора образуется электрический ток. Единственное условие, при данном варианте конструкции, это необходимость не значительное переделки используемого асинхронного двигателя.
Объем переделки зависит от типа используемого двигателя, так если это оборотистая машина, с числом оборотов более 1000, то необходима перемотка обмоток статора, при использовании тихоходных устройств — перемотка не требуется. Кроме этого, для обеспечения надежной работы создаваемого ветрового генератора, необходимо выполнить установку магнитов, для этого ротор машины протачивается, на размер устанавливаемых магнитов, магниты приклеиваются к ротору, после чего данный узел заливается эпоксидной смолой.
Магниты размещаются по шаблону, для создания равномерно направленной ЭДС, образующейся в устройстве. Полюса магнитов («+» и «-») должны чередоваться, что обеспечит правильную работу аппарата.
Вариант расположения магнитов, на роторе асинхронного двигателя, приведен на фото, расположенном ниже:
Когда работы по переделке ротора завершены, двигатель собирается, и изготавливаются лопасти ветровой установки и конструкция их крепления.
Читайте также:
Лопасти могут быть изготовлены, как и в случае использования автомобильного генератора (пластиковые трубы), или из иного, имеющегося в наличии материала: листовой металл, пластик, дерево и т.д.
Несущая конструкция должна быть прочной, т.к. асинхронный двигатель обладает значительным весом. Один из вариантов монтажа приведен на ниже расположенном фото:
Для подключения собранной и смонтированной установки используются схема соединения обмоток «треугольник», приведенная ниже:
где:
М – асинхронный двигатель;
С – конденсаторы, обеспечивающие нормальный режим работы установки;
SA1 – коммутационный аппарат, служащий для вывода двигателя из работы;
ХР1 – клеммная колодка, служащая для соединения двигателя с нагрузочной сетью.
На неодимовых магнитах
Неодимовый магнит – это мощное устройство, в состав которого входит редкоземельный металл – неодим, железо и бор. Данный вид магнитов отличается стойкостью к размагничиванию и мощностью притяжения.
Для изготовления ветрового генератора данного вида необходимо приобрести комплект неодимовых магнитов и использовать автомобильную ступицу или иное устройство (шкив и т.д.), которые послужат основой конструкции.
При изготовлении 1-фазного генератора, количество полюсов должно соответствовать количеству магнитов, при изготовлении 3-фазного генератора, соотношение полюсов и катушек, должно быть – 2/3 или 4/3, соответственно.
Магниты наклеиваются на поверхность ступицы (шкива), при этом их полюса должны чередоваться. Для того, чтобы не ошибиться при изготовлении данного элемента, лучше всего выполнить разметку поверхности, на которой крепятся магниты, а также промаркировать их полярность. Вариант монтажа магнитов, с использованием шкива, приведен на фото:
Из медного провода наматываются катушки, количество которых соответствует количеству установленных магнитов. При наматывании, используется провод ПЭТВ или аналог, применяемый при изготовлении обмоток электрических машин. Количество витков можно рассчитать, но при отсутствии опыта выполнения подобных расчетов, вариант подбора, требуемого количества, также может быть применен.
Читайте также: Как прозвонить провода: рассмотрим варианты
Для небольшого генератора на неодимовых магнитах, общее количество витков в обмотке статора, должно составлять 1000 – 1200 штук, в свою очередь для определения количества витков в одной катушке, данное количество необходимо разделить на количество изготавливаемых катушек.
Внутренний диаметр (отверстие) катушки должен соответствовать диаметру магнита, или быть несколько большим, чем он.
Изготавливается статор генератора. Для этого можно воспользоваться прочным пластиком или фанерой, на поверхности которых выполняется разметка и крепление изготовленных катушек.
Вариант выполнения данной операции приведен на ниже следующем фото:
Катушки крепятся с использованием клея, после чего вся поверхность заливается эпоксидной смолой. Толщина получаемого статора должна соотноситься с толщиной неодимовых магнитов. Концы катушек, перед заливкой, выводятся наружу, где в последствии соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».
Выполняется сборка изготовленных узлов, в единое изделие. В случае использования автомобильной ступицы, конструкция выглядит следующим образом:
К ротору генератора (ступице) крепятся лопасти или приводной вал, в случае горизонтальной установки статора. Собранные узлы крепятся на подготовленной основании, а к выводам катушек подключается нагрузка.
Преимущества асинхронного генератора:
- Конструктивно такой генератор проще, чем синхронный, и к тому же некритичен к внешним неблагоприятным воздействиям: например, к попаданию на него пыли и грязи (что вполне вероятно в условиях сильного ветра).
- Напряжение на выходе имеет меньшую степень нелинейных искажений, а потому к такому генератору можно подключать различную нагрузку – от сварочного преобразователя до компьютера.
- Коэффициент неравномерности вращения для асинхронных генераторов не опускается ниже 0,98 , что исключает его перегрев в условиях длительной работы.
- Вследствие отсутствия вращающихся обмоток долговечность асинхронного генератора ожидается достаточно высокой.
Таким образом изготовить ветрогенератор из асинхронного двигателя не только принципиально возможно, но и практически целесообразно.
Самодельный ветрогенератор для дома и дачи
Для резервного электроснабжения загородного дома или дачи, наиболее подойдет вертикальный ветровой генератор, что обусловлено простотой конструкции, возможностью работать при малых ветровых нагрузках и отсутствие необходимости в монтаже высоких мачт, служащих площадкой для установки ветрового генератора.
Из рассмотренных выше вариантов изготовления подобных устройств своими силами, наиболее эффективен вариант с использованием неодимовых магнитов. В этом случае изготавливается опорная конструкция, в нижней части которой устанавливается изготовленный генератор и приемное устройство, в виде полусфер, как показано на ниже приведенном рисунке:
Ведущий вал изготавливается из стальной шпильки, которая помещается в подшипники, устанавливаемые на несущей конструкции, которая в свою очередь изготавливается из профильного (уголок, труба и т.д.) и листового металла.
В нижней части шпилька крепится к оси генератора, а в ее верхней части, монтируется конструкция, на которую устанавливаются лопасти.
Каракас лопасти (полусфера) может быть изготовлен из дерева, фанеры или толстого пластика. Для поверхности лопастей, используется тонкая фанера, тонкий пластик или легкий металл (оцинкованное железо и т.д.), которые закрепляются на каркасе лопасти, после чего выполняется их монтаж на конструкцию в верхней части шпилек.
После завершения сборки, собранное изделие устанавливается на подготовленном заранее месте и включается в работу.
Область применения
Наиболее часто встречается применение генераторных установок с короткозамкнутым ротором. Они недорогие, практически не нуждаются в обслуживании. Устройства, оборудованные пусковыми конденсаторами, обладают приличными показателями КПД.
Популярные статьи Насыпные свечи: особенности и советы по выбору
Асинхронные альтернаторы часто используют в качестве автономного или резервного источника питания. С ними работают переносные бензиновые генераторы, их используют для мощных мобильных и стационарных дизельных генераторов.
Альтернаторы с трёхфазной обмоткой уверенно запускают трехфазный электродвигатель, поэтому часто используются в промышленных энергоустановках. Они также могут питать оборудование в однофазных сетях. Двухфазный режим позволяет экономить топливо ДВС, так как незадействованные обмотки находятся в режиме холостого хода.
Сфера применения довольно обширная:
- транспортная промышленность;
- сельское хозяйство;
- бытовая сфера;
- медицинские учреждения;
Асинхронные альтернаторы удобны для сооружения локальных ветровых и гидравлических электростанций.
Ветрогенератор для отопления
При принятии решения об устройстве системы отопления загородного дома или дачи, необходимо помнить, что, как и в случае с электроснабжением подобных объектов, ветровой генератор не является надежным источником энергии, и может лишь служить аварийным, либо в качестве второго источника, дополняя прочие альтернативные способы получения требуемой энергии: солнечные панели, геотермальные установки и т.д.
Вне зависимости от того, в качестве какого источника (основного, дополнительного или резервного) работает ветровой генератор, для работы системы отопления необходима электрическая энергия, идущая на нагрев ТЭНов отопительного котла и работы циркуляционных насосов.
В связи с этим, на выбор конструкции собираемой установки, влияет ее мощность, т.е. способность производить определенное количество электричества в единицу времени. Из рассмотренных выше вариантов, для устройства системы отопления можно применить конструкцию с использованием неодимовых магнитов и асинхронного двигателя.
Читайте также: Люминесцентная лампа 36 ВТ – технические характеристики
Этапы
Создание самодельного ветрогенератора имеет два основных этапа:
- изготовление ротора
- создание генератора
Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:
Ветряк из мотор-колеса
Мотор-колесо от старого скутера вполне может сыграть роль генератора для ветряка. Особенным достоинством такого решения является возможность установить лопасти непосредственно на обод колеса, что значительно упрощает процесс изготовления ветряка и позволяет применить довольно большой размер крыльчатки, чувствительный к ветру с небольшой скоростью. К недостаткам устройства относится ощутимое залипание, затрудняющее запуск вращения, особенно на слабых ветрах.
Мотор-колесо представляет собой практически готовый трехфазный генератор. Он имеет хорошие показатели даже на низких оборотах, а если использовать повышающую передачу, то можно добиться весьма неплохих результатов, в частности — для зарядки АКБ. Примечательно, что из мотор-колеса изготавливают как горизонтальные, так и вертикальные конструкции ветряков, причем, вторые по своим характеристикам часто оказываются удачнее.
Дело в том, что на вертикальных роторах (типа Савониуса) стартовый момент намного больше из-за большой площади лопасти, что увеличивает возможности запуска ветряка на слабых ветрах. Еще одним удобным моментом становится возможность установки вертикального ветряка на относительно низкую мачту. Поскольку мотор-колесо крепится непосредственно на крыльчатку, возможностей для его обслуживания при монтаже на высокие мачты, весьма немного. Доступ к генератору — большое достоинство устройства, продлевающее службу и облегчающее уход.
Источник https://sdelaysam-svoimirukami.ru/8022-kak-sdelat-vetrogenerator-iz-asinhronnogo-jelektrodvigatelja.html
Источник https://www.voltbikes.ru/blog/electro/motor-koleso-kak-generator/
Источник https://math-nttt.ru/novosti/vetrogenerator-iz-elektrodvigatelya.html
