Добавить комментарий

Вертикальный ветрогенератор своими руками. Руководство

Русский

Вертикальный ветрогенератор своими руками. Руководство по изготовлению

Настоящее Руководство по изготовлению вертикального ветрогенератора своими руками написано разработчиками англоязычного сайта www.applied-sciences.net и адресовано всем, кто хочет сделать вертикальный ветрогенератор. Ниже приводится текст Руководства, переведенного на русский язык.

Была разработана конструкция, прочная, неприхотливая в обслуживании, недорогая и легкая в изготовлении. Кроме того, поскольку это в первую очередь Руководство по изготовлению, аэродинамические и электрические расчеты в этом руководстве пропущены для простоты. Список деталей, материалов и оборудования составлен тщательно, но не обязательно тщательно ему следовать. Это один из тех редких случаев, когда творчество приветствуется. Сделано все возможное, чтобы список необходимых в изготовлении материалов содержал только широко доступные.

Руководство разделено на разделы, но было бы неплохо прочитать его полностью, прежде чем начать работу. Кроме того, вы должны быть знакомы с основными ручными и электроинструментами и безопасной эксплуатацией их.

Рекомендуем использовать картонные шаблоны - это хороший способ сделать повторяющиеся знаки и фигуры. Они также полезны в предотвращении ошибок при резке или сверлении.

Ветрогенератор_конструкция

Перечень необходимых для изготовления материалов и инструмента

Перечень материалов и деталей, использованных при изготовлении ротора

Ротор_материалы

Перечень материалов и деталей, использованных при изготовлении турбины

Турбина_материалы

Перечень материалов и деталей, использованных при изготовлении статора

Статор_материалы

Перечень материалов и деталей, использованных для монтажа

Монтаж_материалы

Инструменты и оборудование

Инструменты_материалы

Для продолжения щелкните на цифре 2.

Изготовление турбины

Турбина_изготовление

  1. Металлическая пластина для крепления ротора ветровой турбины.
  2. Схема расположения лопастей - лопасти образуют (на основе, к которой крепятся) два равносторонние треугольники. Эти треугольники, размеченные на основе, помогут правильно расположить уголки крепления лопастей (к основанию).

Лопасти_ветрогенератора_вид_сбоку

Картонные шаблоны помогают сделать повторяющиеся знаки и фигуры. Они также позволяют избежать ошибок при резке или
сверлении.

Лопасти_ветрогенератора_вид_сверху

Процесс изготовления ветровой турбины следующий.

Чтобы сделать верхнюю и нижнюю основы лопастей, наметьте их (используйте картонный шаблон и наждачную бумагу) на куске пластика и лобзиком вырежьте округлость. Хороший способ обеспечить их единообразие - материал сложить и резать обе опоры сразу.

Вырежьте отверстие диаметром 30 см (12 дюймов) в центре одной из опор. Это будет верхняя опора лопастей.

Измерьте и просверлите соответствующие четыре отверстия в нижней опоре лопастей, они должны соответствовать концентратору - хабу (ступица от авто).

Сделайте шаблон расположения лопастей (рис 1) и отметьте на нижней опоре отверстия для винтов уголков, которыми будут крепиться лопасти к опоре.

Сложите лопасти в стопку, лентой надежно вместе скрепите их и обрежьте до нужной длины. Эта турбина использует лопасти длиной 116 см (46in). Большие лопасти используют более ветровой энергии, но такие турбины могут быть неустойчивыми при сильных ветрах.

Отметьте и просверлите в лопастях отверстия, необходимые для крепления уголками. Полезно для создания отверстий в металле сначала накерниты их (подпружиненный удар в месте отверстия).

Прикрепите уголки к опоре и лопастям, используя схему, показанную выше.

Изготовление ротора вертикального ветрогенератора

Будьте осторожны! Сильные магниты могут примагнититься друг к другу даже с большого расстояния и отсоединить их впоследствии будет очень трудно!

Сначала несколько иллюстраций.

Основы_ротора

Установка_магнита_на_ротор

Магниты_установлены

Последовательность действий при изготовлении ротора следующая.

  1. Сопоставьте отверстия пластин основ ротора (положите их друг на друга) и используйте напильник, чтобы сделать маленькую выемку - метку сбоку пластин. Эта метка затем позволит правильно выровнять магниты относительно друг друга.
  2. Сделайте из бумаги два шаблона размещения магнита (здесь шаблон в формате .svg, здесь шаблон в формате .png) так, как показано выше, и приклейте их на пластину основания.
  3. Отметьте полярность магнитов с помощью маркера. "Тестер" может быть прикреплен липкой лентой на палочку от мороженого эскимо небольшой, слабый магнит. Проведите тестер над большим магнитом и вы увидите, притягивается или отталкивается тестер от большого магнита, это укажет на полярность (одноименные полюса отталкиваются).
  4. Закрепите пластину ротора. Смешайте небольшое количество эпоксидной смолы (добавьте в нее отвердитель) и нанесите горошину смолы на нижнюю часть магнита, который должен быть помещен на пластину ротора.
  5. Медленно переместите магнит к краю пластины (смотрите рисунок 2). Когда магнит "схватит" край пластины, сдвиньте магнит в его окончательное положение. При размещении магнита прямо сверху на пластину, магнит может вырваться из ваших рук и даже при ударе о основу ротора разорваться (неодимовые магниты очень сильные). Не помещайте какую-либо часть вашего тела между магнитом и пластиной ротора или между двумя магнитами!
  6. Продолжайте размещать магниты (с эпоксидной смолой) на пластину ротора, чередуя полярности, как вы видите на рисунке. Кусочки дерева между размещенными магнитов могут стать страховкой от сползания магнитов под влиянием сил притяжения.
  7. Используйте тот же процесс, чтобы прикрепить магниты к другой пластине ротора. Используйте сделанную метку, чтобы расположить магниты точно против первого ротора, но при этом все магнитные полюса должны быть противоположной полярности.

Храните готовые роторы отдельно друг от друга, чтобы они не примагнитились.

Для продолжения щелкните на цифре 3.

Изготовление статора

Статор является наиболее трудоемкой частью вертикального ветрогенератора. Готовый, хорошего качества и совместимый с другими частями генератора статор найти очень трудно и стоить он будет намного больше тех денег, которые вы потратите на запчасти для самодельного статора.

Катушка_статора

Статор - это электрический компонент, состоящий из 9 катушек (катушка показана на фотографии выше). Катушки разделены на три группы по три катушки и соединены в определенной конфигурации. Каждая катушка имеет 320 витков медной проволоки 24 калибра (24AWG (0.51мм)). "Виток" - это один полный цикл / поворот вокруг катушки. Большее количество витков более тонким проводом приводит к более высокому напряжению, но и более низкому току на выходе. Таким образом, выходное напряжение статора может быть изменено на то, которое вами будет использоваться. Некоторые полезные приближения перечислены ниже.

  •     320 витков, 0.51 мм (24AWG) = 100В при 120 об / мин
  •     160 витков, 0.0508 мм (16AWG) = 48В при 140 об / мин
  •     60 витков, 0.0571 мм (15AWG) = 24В при 120 об / мин

(Об / мин = оборотов в минуту, ведь выходное напряжение связано со скоростью ветра).

Намотка катушки вручную может быть утомительной и тяжелой работой. Поэтому настоятельно рекомендуется сделать простой намоточный станок из отходов использованных материалов, которые всегда найдутся в хозяйстве.

Каждая катушка статора должна быть намотана в одном направлении, так что нужно отслеживать и метить начало провода и его конец. Чтобы предотвратить разматывание готовой катушки, ее нужно обмотать лентой и покрыть эпоксидной смолой.

Устройство для намотки катушек

Устройство сделано из отходов древесины, оставшегося стержня с резьбой (шпильки), гаек, куска трубы ПВХ и гвоздей. Стержень с резьбой (шпильку) до изгиба нужно нагреть, это предотвращает разрыв.

Катушка_статора_2

Маленький отрезок трубы между "пластинами" дерева определяет толщину катушки. Расположение гвоздей должно соответствовать размерам ваших магнитов.

Катушка_статора_3

Конструкция этого устройства не является критической. Главное - он должен производить одинаковые катушки. Удобный способ проверки равномерности катушек - взвесить катушки на весах и проверить их сопротивление с помощью мультиметра.

Катушка_статора_4

Соединение катушек статора

Не подключайте питание бытовой техники или электроники непосредственно к статору ветровой турбины. Кроме того, будьте осторожны, работая с высокими электрическими напряжениями.

Ветрогенератор_статор_схема

Последовательность действий при изготовлении статора вертикального ветрогенератора следующая.

Снимите изоляцию с кончиков каждого провода катушки с помощью наждачной бумаги.

Соедините катушки, как показано выше, чтобы создать три группы по три катушки в каждой. Такое расположение позволит получить 3-фазный переменный ток. Катушки могут быть соединены вместе пайкой или прессованием их на разъемах.

Выберите одну конфигурацию из перечисленных следующих:

Для повышения выходного напряжения (это конфигурация «звезда») соедините выводы X, Y, Z вместе.

Для повышения тока на выходе (дельта-конфигурация) подключите: X с В, Y с С, Z с А.

Для того, чтобы впоследствии можно было изменить конфигурацию по желанию, не забудьте вывести провода А, В, С и X, Y, Z (можно нарастить их) за пределы смолы, когда будете приклеивать стеклоткань.

Дальнейшая последовательность работы такая.

Сделайте схему расположения и подключения катушек на большом листе бумаги. Схема позволит катушки равномерно расположить и выстроить их согласно магнитам ротора.

Прикрепите катушки липкой лентой к бумаге и смешайте небольшое количество (3 унции) двух частей эпоксидной смолы в соответствии с инструкциями на упаковке эпоксидки.

Используйте кисть, чтобы нанести эпоксидную смолу на стеклоткань. Добавьте еще небольшие кусочки стеклоткани и эпоксидной смолы в случае необходимости. Оставьте центры катушек свободными от эпоксидной смолы и стеклоткани, насколько это возможно, это будет способствовать охлаждению катушки, когда турбина будет эксплуатироваться. Попробуйте удалить воздушные пузырьки, которые появляются при нанесении эпоксидной смолы. Цель всей этой процедуры - жесткое крепление катушек на местах и ​​обеспечения плоской формы статора, который будет находиться между магнитами двух роторов. Статор не будет под нагрузкой, он не будет вращаться.

Процесс изготовления показан ниже на иллюстрациях.

Статор_3

Сначала готовы катушки раскладывают на вощеную бумагу с нанесенной схемой расположения (для выравнивания). Маленькие круги на краю показывают места отверстий кронштейна статора. Картонное кольцо в центре удерживает эпоксидную смолу от вытекания в центр. Кольцо вокруг внешнего края также не помешало бы.

Статор_4

Катушки закреплены в их окончательном положении. Стеклоткань разрезали на мелкие полоски и разместили вокруг катушек. Сращенные провода выводов катушек могут быть размещены на внутренней или внешней кромке статора. Провода, идущие от каждой фазы, должны быть достаточно длинными, чтобы выступать от статора на несколько дюймов. Теперь нужно повторно проверить все соединения визуально и с помощью мультиметра.

Статор_5

Показан почти полностью готовый статор. Кронштейн крепления (он синий) помещают сверху, чтобы отметить отверстия, которые будут просверлены через статор. Убедитесь, что при сверлении отверстий сверло не разорвет провода внутри статора! В конце обрежьте лишнюю стеклоткань, отшлифуйте наждачной бумагой поверхность статора, если нужно, но убедитесь, что все это не влияет на провода в статоре.

Кронштейн статора вертикального ветрогенератора

Ниже показано: оцинкованная труба для крепления обрезана, в ней высверлены отверстия, чтобы сформировать держатель для шпинделя ступицы (иногда называемый мостом). В отверстиях для устанавливаемых болтов была нарезана резьба. Затянутые болты будут удерживать шпиндель твердо на месте (это нижняя часть статора кронштейн / шпиндельной бабки).

Статор_6

Резьба в отверстиях или на стержне делается мечиком.

Статор_7

Выше показан кронштейн, удерживающий статор между роторами. Оцинкованная труба, обрезанная и просверленная, приклеивается к кронштейну с помощью эпоксидной смолы. Склеивание металла может быть проблематичным, н,о очистив поверхность от ржавчины, масла и мусора, можно достичь удовлетворительного результата. Эпоксидная смола с металлическим наполнителем (например, JB-Weld) может помочь избежать проблем, вызванных тепловым расширением и сжатием.

Помните, что малый воздушный зазор между двумя роторами и статором (его определяет шпилька со втулкой) позволяет получить более высокую выходную мощность, но при сильном ветре ось может перекоситься и ротор или статор могут быть повреждены.

Статор_8

На фото слева: полудюймовые шестигранные гайки используются для крепления металлических распорок на месте. Они также позволяют увеличить или уменьшить воздушный зазор.

На фото справа: собранная прокладка в сборе. 4 таких шпильки будут удерживать магнитные роторы на нужном расстоянии друг от друга и в правильном положении вокруг статора. Ваши узлы могут иметь разное количество гаек и другие расстояния материала в зависимости от толщины вашего статора.

На фото справа: дополнительные алюминиевые прокладки выполнены из алюминиевого (1/8 дюйма толщины) прутка. Они используются для увеличения воздушного зазора при малых увеличениях и более однородны, чем плоские шайбы.

Для продолжения щелкните на кнопке 4.

Финальная сборка генератора

Собранный_генератор

Сборка_1

Готовый магнит ротора с 4 шпильками и 2 алюминиевые несущие пластины (алюминиевые пластины являются временными и будут удалены позже).

Сборка_2

Законченный статор (сейчас окрашен в зеленый цвет).

Последовательность действий при сборе генератора следующая.

1. В пластине верхнего ротора просверлите 4 отверстия, нарежьте в них резьбу для шпильки (нужны для плавной установки ротора на его место). Уприте 4 шпильки в алюминиевые пластины (предварительно приклеенные) и посадите на шпильки верхний ротор.

Роторы сильно притягиваются друг к другу, вот почему необходимо такое приспособление. Сразу выровняйте роторы по сделанным ранее меткам на торцах.

2-4. Поочередно вращая ключом шпильки, равномерно опускайте ротор.

5. Когда ротор дойдет до втулки, определяющей зазор, выкрутите шпильки и уберите алюминиевые пластины.

6. Установите концентратор (хаб - ступица от авто) и затяните его.

Сборка_3

На фото ниже: винты из нержавеющей стали используются в качестве винтовых клемм для электрического соединения на статоре. При сверлении отверстий для клемм убедитесь, что избежали столкновения с любыми проводами в статоре. Концы статорных проводов и проводов электропередач должны быть зачищены, удобно использовать кольцевые наконечники.

Сборка_4

На фото ниже: после установки шпилек (1) и фланца трубы (2), ваш генератор должен выглядеть так, как на фото. Примечание: позднее были добавлены к шестигранным гайкам блокирующие шайбы.

Сборка_5

Колпачковые гайки и плоские шайбы были использованы для крепления соединительной платы турбины (и опоры лопастей турбины) с генератором. Таким образом ветрогенератор полностью собран и готов к испытаниям.

Сборка_6

На этом сборка завершена, можно проверить сделанное, вращая генератор вручную и измеряя напряжения. Обратите внимание, если все три кольцевые клеммы закорочены (соединены вместе), генератор трудно возвращать. Это может быть полезно, если турбина должна быть остановлена ​​для обслуживания или для обеспечения безопасности.

Генераторы обычно используются для производства электрической энергии, но этот ветрогенератор был разработан для дополнительного нагрева воды, поэтому статор был намотан для получения более высокого напряжения, которую нагревательные элементы могут использовать. Для зарядки аккумулятора было бы желанным более низкое выходное напряжение.

Описанный генератор дает 3-фазное переменное напряжение различной частоты (она меняется в зависимости от скорости ветра). В Украине и России используется однофазный переменный ток 220 Вольт и 50 Гц. Поэтому переменный ток ветрогенератора можно превратить в постоянный ток с фиксированным напряжением. Постоянный ток может быть использован для питания светильников, подогрева воды, заряда аккумуляторных батарей, можно даже преобразовать его обратно в переменный для запуска бытовой техники. Но рассказ об этих вариантах использования выходит за рамки данного Руководства по изготовлению вертикального ветрогенератора своими руками.

Пояснения к выбору места расположения

Ветрогенератор, о котором рассказывается в этом документе, был установлен на 4-метровой стальной опоре на краю обрыва. Фланец трубы, которая является нижней частью держателя ступицы, обеспечивает удобный способ надежного крепления турбины к опорной конструкции с помощью 4 болтов. Турбина может быть подвержена значительным нагрузкам при порывах ветра, поэтому конструкция должна быть стабильной и болты достаточно сильными для надежной фиксации.

Обычные горизонтальные ветровые турбины требуют, чтобы ветер преимущественно дул в одном направлении для достижения оптимальной производительности, но ветрогенераторы с вертикальной осью способны работать от ветра с любого направления.

Важно учитывать при размещении среднюю скорость ветра. Информацию о средних величинах местной скорости ветра легко получить в Интернете, но она, как правило, не говорит о средние скорости на месте, где будет устанавливаться ветрогенератор. Анемометр (измерительный прибор скорости ветра) может быть полезен при определении места размещения турбины.

Ветрогенератор_установлен

Механика работы турбины

Ветер возникает из-за разницы температур на поверхности земли. Когда ветер попадает на лопасти турбины ветрогенератора, он создает три силы: подъемную, тормозную и импульсную. Подъемная выходит из потока воздуха над криволинейной поверхностью вследствие разницы в результате давления, который появляется при этом. Поскольку лопасти прикреплены к жесткой подложке, которая, в свою очередь прикреплена к прицепа ступицы, лопасти в конечном итоге "поднимают" себя по кругу.

Тормозная сила возникает, когда поверхность лопасти движется на полосу встречного ветра и должна сместить молекулы воздуха на своем пути.

Импульсная сила возникает на вогнутой стороне лопастей. После того, как молекулы воздуха ударили в заднюю часть лопастей, им некуда деваться и воздух собирается за лопастями. В результате лопасти проталкиваются в направлении ветра. Более сильный ветер сильнее ударяет в лопасти, и те быстрее движутся, но только до скорости самого ветра. При достижении максимальной подъемной и импульсной силы и минимизации тормозной турбина начинает вращаться. Когда турбина вращается, магниты на роторе создают переменное магнитное поле, которое проходит через центр катушек статора. Это переменное магнитное поле индуцирует электрический ток в проводах катушек, от которых электричество переносится к месту назначения.

Ниже показаны силы, которые заставляют ветровую турбину вращаться.

Турбина_движущие_силы

Для преобразования переменного тока в постоянный можно использовать ниже показанный простой мостовой выпрямитель 3-фазного тока, состоящий из шести отдельных диодов. Три провода от статора можно присоединить к трем входам.

Ветрогенератор_выпрямитель

Пользовательский поиск