Вертикальний вітрогенератор своїми руками. Посібник з виготовлення

Вертикальний вітрогенератор своїми руками. Посібник з виготовлення

Цей Посібник з виготовлення вертикального вітрогенератора своїми руками написаний розробниками англомовного сайту www.applied-sciences.net і адресований усім, хто хоче своїми рукамии зробити вертикальний вітрогенератор. Нижче подається текст Посібника, перекладеного українською мовою.

Була розроблена конструкція, міцна, невибаглива в обслуговуванні, недорога і легка у виготовленні. Крім того, оскільки в першу чергу говоритимемо про виготовлення вертикального вітрогенератора, аеродинамічні та електричні розрахунки нижче пропущено для простоти. Список деталей, матеріалів і устаткування складено ретельно, але не обов'язково прискіпливо йому слідувати. Це один з тих рідкісних випадків, коли творчість вітається. Зроблено все можливе, щоби список необхідних у виготовленні матеріалів містив лише широко доступні.

Текст Посібника поділений на розділи, але було б непогано прочитати його повністю, перш ніж почати проект. Крім того, ви повинні бути знайомі з основним ручним і електроінструментом та безпечною експлуатацією його.

Рекомендуємо використовувати картонні шаблони - це хороший спосіб зробити повторювані знаки і фігури. Вони також корисні в запобіганні помилок при різанні або свердлінні.

Вітрогенератор_конструкція

Перелік потрібних для виготовлення матеріалів та інструменту

Перелік матеріалів та деталей, використаних при виготовленні ротора

Матеріали_для_ротора

Перелік використаних деталей і матеріалів для турбіни

Матеріали_для_турбіни

Перелік використаних деталей і матеріалів для статора

Деталі_і_матеріали_статора

Перелік використаних деталей і матеріалів для монтажу вертикального вітрогенератора

Матеріали_монтажу

Інструменти і обладнання

Інструменти_матеріали

Для продовження клацніть на кнопці 2.

Виготовлення турбіни вертикального вітрогенератора

Виготовлення_турбіни

  1. Металева пластина для кріплення ротора до вітрової турбіни
  2. Схема розташування лопатей - лопаті утворюють (на основі, до якої кріпляться) два рівносторонні трикутники. Ці трикутники, розмічені на основі, допоможуть правильно розташувати кутники кріплення лопатей (до основи).

Лопаті_вітрогенератора_вигляд_збоку

Картонні шаблони допомагають зробити повторювані знаки і фігури. Вони також дозволяють уникнути помилок при різанні або
свердлінні.

Лопаті_вітрогенератора_вигляд_зверху

Процес виготовлення вітрової турбіни наступний.

  1. Щоби зробити верхню і нижню основи лопатей, намітьте (використовуйте картонний шаблон і наждачний папір) їх на шматку пластика і лобзиком виріжте округлість. Хороший спосіб забезпечити їх однаковість - матеріал скласти і різати обидві опори відразу.
  2. Виріжте отвір діаметром 30 см (12 дюймів) в центрі однієї з опор. Це буде верхня опора лопатей.
  3. Виміряйте і просвердліть відповідні чотири отвори в нижній опорі лопатей, вони повинні відповідати концентратору - хабу (маточина від авто).
  4. Зробіть шаблон розташування лопатей (рис 1) і відзначте на нижній опорі отвори для гвинтів кутників, якими будуть кріпитися лопаті до опори.
  5. Складіть лопаті в стопку, стрічкою надійно разом скріпіть їх і обріжте до потрібної довжини. Ця турбіна використовує лопаті довжиною 116 см (46in). Великі лопаті використовують більше вітрової енергії, але можуть бути нестійкими при сильних вітрах.
  6. Відзначте і просвердліть в лопатях отвори, які потрібні для кріплення кутниками. Корисно для створення отворів у металі спочатку накернити їх (підпружинений удар в місці отвору).
  7. Прикріпіть кутники до опори і лопатей, використовуючи схему, показану вище.

Виготовлення ротора вертикального вітрогенератора

Будьте обережні! Сильні магніти можуть примагнітитись один до одного навіть з великої
відстані і від’єднати їх згодом буде дуже важко!

Спочатку декілька ілюстрацій.

Основи_ротора

Встановлення_магніту_на_ротор

Магніти_встановлені

Послідовність дій при виготовленні ротора вертикального вітрогенератора наступна.

  1. Зіставте отвори пластин основ ротора (покладіть їх одна на одну) і використайте напилок, щоби зробити дуже невелику виїмку - мітку збоку пластин. Ця мітка потім дозволить правильно вирівняти магніти відносно один одного.
  2. Зробіть з паперу два шаблони розміщення магніту (тут шаблон в форматі .svg, тут шаблон в форматі .png) так, як показано вище, і приклейте їх на пластину основи.
  3. Відзначте полярність магнітів за допомогою маркера. "Тестером" може бути прикріплений липкою стрічкою на паличку від морозива ескімо невеликий, слабкий магніт. Проведіть тестер над великим магнітом і ви побачите, притягується чи відштовхується тестер від великого магніту, це вкаже на полярність (однойменні полюси відштовхуються).
  4. Закріпіть пластину ротора. Змішайте невелику кількість епоксидної смоли (додайте в неї затверджувач) і нанесіть горошину смоли на нижню частину магніту, який повинен бути поміщений на пластину ротора.
  5. Повільно перемістіть магніт до краю пластини (дивіться малюнок 2). Коли магніт "схопить" край пластини, посуньте магніт в його остаточне положення. При розміщенні магніту прямо зверху на пластину, магніт може вирватися з ваших рук і навіть при ударі об основу ротора розірватися (неодимові магніти дуже сильні). Ніколи не розміщуйте будь-яку частину вашого тіла між магнітом і пластиною ротора або між двома магнітами!
  6. Продовжуйте розміщувати магніти (з епоксидною смолою) на пластину ротора, чергуючи полярності, як ви бачите на малюнку. Шматочки дерева між розміщеними магнітів можуть стати страховкою від сповзання магнітів під впливом сил притягання.
  7. Використовуйте той самий процес, щоб прикріпити магніти до іншої пластині ротора. Використовуйте зроблену мітку, щоб розташувати магніти точно проти першого ротора, але при цьому всі магнітні полюси мають бути протилежної полярності.
  8. Зберігайте готові ротори окремо один від одного, щоб вони не примагнітились.

Для продовження клацніть на кнопці 3.

Виготовлення статора вертикального вітрогенератора

Статор є найбільш трудомісткою частиною. Готовий, гарної якості і сумісний
з іншими частинами генератора статор знайти дуже важко і коштувати він буде набагато більше грошей, ніж ви витратите на запчастини для саморобного статора.

Котушка_статора

Статор - це електричний компонент, що складається з 9 котушок (котушка показана на фотографії вище). Котушки розділені на три групи по три котушки і з'єднані в певній конфігурації. Кожна котушка має 320 витків мідного дроту 24 калібру (24AWG (0.51мм)). "Виток" - це один повний цикл / поворот навколо котушки. Більша кількість витків більш тонким проводом призводить до більш високої напруги, але і більш низького струму на виході. Таким чином, вихідна напруга статора може бути змінено на ту, яка вами буде використовуватися. Деякі корисні наближення перераховані нижче.

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

(об / хв = обертів на хвилину, адже вихід напруги пов'язаний зі швидкістю вітру).

Намотування котушки вручну може бути втомлюючою і важкою роботою. Тому настійно рекомендується зробити простий намотувальний верстат з матеріалу відходів, які завжди знайдуться в господарстві.

Кожна котушка статора повинна бути намотана в одному напрямку, так що потрібно відстежувати і мітити початок проводу і його кінець. Щоб запобігти розмотуванню готової котушки, її потрібно обмотати стрічкою і покрити епоксидною смолою.

Пристрій для намотування котушок

Цей пристрій зроблено з відходів деревини, що залишилася, стрижня з різьбленням (шпильки), гайок, шматка труби ПВХ і цвяхів. Стрижень з різьбленням (шпильку) до вигину потрібно нагріти, це запобігає розриву.

Котушка_статора_2

Невеликий відрізок труби між "пластинами" дерева визначає товщину котушки. Розташування цвяхів повинно відповідати розмірам ваших магнітів.

Котушка_статора_3

Конструкція цього пристрою не є критичною. Головне - він повинен виробляти однакові котушки. Зручний спосіб перевірки рівномірності котушок - зважити котушки на вазі і перевірити їх опір за допомогою мультиметра.

Котушка_статора_4

З'єднання котушок статора

Не намагайтеся підключати живлення побутової техніки або електроніки безпосередньо до статора вітрової турбіни. Крім того, будьте обережні, працюючи з високими електричними напругами.

Вітрогенератор_статор_схема

Послідовність дій при виготовленні статора вертикального вітрогенератора наступна.

  1. Зніміть ізоляцію з кінчиків кожного проводу котушки за допомогою наждачного паперу.
  2. З'єднайте котушки, як показано вище, щоб створити три групи по три котушки в кожній. Таке розташування дозволить отримати 3-фазний змінний струм. Котушки можуть бути з'єднані разом або припоєм, або пресуванням їх на роз'ємах.
  3. Виберіть одну конфігурацію з перерахованих наступних: 
  • Для підвищення вихідної напруги (це конфігурація «зірка») з'єднайте виводи X, Y, Z разом.
  • Для підвищення струму на виході (дельта-конфігурація) підключіть: X з В, Y з С, Z з А.
  • Для того, щоби згодом можна було змінити конфігурацію за бажанням, не забудьте вивести дроти А, В, С і X, Y, Z (можна наростити їх) за межі смоли, коли будете приклеювати склотканину.

Подальша послідовність роботи така.

  1. Зробіть схему розташування та підключення котушок на великому аркуші паперу. Схема дозволить котушки рівномірно розташувати і вибудувати їх згідно магнітів ротора.
  2. Закріпіть котушки липкою стрічкою до паперу і змішайте невелику кількість (3 унції) двох частин епоксидної смоли відповідно до інструкцій на упаковці.
  3. Використовуйте кисть, щоб докласти епоксидну смолу до склотканини. Додайте ще невеликі шматочки склотканини і епоксидної смоли якщо буде необхідність. Залиште центри котушок вільними від епоксидної смоли і склотканини, наскільки це можливо, це буде сприяти охолодженню котушки, коли турбіна буде експлуатуватися. Спробуйте видалити повітряні бульбашки, які з'являються при нанесенні епоксидної смоли. Мета всієї цієї процедури - жорстке кріплення котушок на місцях і забезпечення пласкої форми статора, який буде знаходитися між магнітами двох роторів. На статор не буде падати навантаження, він не буде обертатися.

Процес виготовлення показаний нижче на ілюстраціях.

Вітрогенератор_статор_3

Спочатку готові котушки розкладають на вощений папір з нанесеною схемою розташування (для вирівнювання). Менші кола на краю показують місця отворів кронштейна статора. Картонне кільце в центрі утримує епоксидну смолу від витікання в центр. Кільце навколо зовнішнього краю також не завадило б.

Статор_4

Котушки закріплені в їх остаточному положенні. Склотканину розрізали на дрібні смужки і розмістили навколо котушок. Зрощенні дроти виводів котушок можуть бути розміщені на внутрішній або зовнішній кромці статора. Дроти, що йдуть від кожної фази, повинні бути досить довгими, щоб виступати від статора на кілька дюймів. Тепер потрібно, повторно перевірити всі з'єднання візуально і за допомогою мультиметра.

Статор_5

Показано майже повністю готовий статор. Кронштейн кріплення (він синій) поміщають зверху, щоб відзначити отвори, які будуть просвердлені через статор. Переконайтеся, що при свердлінні отворів свердел не розірве дроти всередині статора! Наприкінці обріжте зайву склотканину, відшліфуйте наждачкою поверхню статора, якщо потрібно, але переконайтеся, що все це не впливає на дроти в статорі.

Кронштейн статора

Нижче показано: оцинкована труба для кріплення обрізана, в ній були висвердлені отвори, щоб сформувати тримач для шпинделя маточини (іноді званий мостом). В отворах для встановлюваних болтів була нарізана різьба. Затягнуті болти будуть утримувати шпиндель твердо на місці. (Це нижня частина статора кронштейн / шпиндельної бабки.)

Статор_6

Різьблення в отворі або на стрижні робляться мечиком.

Статор_7

Вище показаний кронштейн, який утримує статор між роторами. Оцинкована труба, обрізана і просвердлена, приклеюється до кронштейну за допомогою епоксидної смоли. Склеювання металу може бути проблематичним, але очистивши поверхню від іржі, масла та сміття, можна досягти задовільного результату. Епоксидна смола з металевим наповнювачем (наприклад, JB-Weld) може допомогти уникнути проблем, викликаних тепловим розширенням і стисненням.

Пам'ятайте, що малий повітряний зазор між двома роторами і статором (його визначає шпилька з втулкою) дозволяє отримати більш високу вихідну потужність, але при сильному вітрі вісь може перекоситися і ротор або статор можуть бути пошкоджено.

Статор_8

На фото зліва: півдюймові шестигранні гайки використовуються для кріплення металевих розпорок на місці. Вони також дозволяють збільшити або зменшити повітряний зазор.

На фото справа: завершена прокладка в зборі. 4 такі шпильки будуть утримувати магнітні ротори на потрібній відстані один від одного і в правильному положенні навколо статора. Ваші розділові вузли можуть мати різну кількість гайок та інші відстані матеріалу залежно від товщини вашого статора.

На фото справа: додаткові алюмінієві прокладки виконані з алюмінієвого (1/8 дюйма товщини) прутка. Вони використовуються для збільшення повітряного зазору при малих збільшеннях і більш однорідні, ніж плоскі шайби.

Для продовження клацніть на кнопці 4.

Фінальна збірка генератора

Вітрогенератор_зібраний_генератор

Вітрогенератор_збірка_1

Готовий магніт ротора з 4 шпильками і 2 алюмінієві несучі пластини (алюмінієві пластини є тимчасовими і будуть видалені згодом).

Збірка_2

Закінчений статор (наразі забарвлений в зелений колір).

Послідовність дій при зборі генератора наступна.

1. У пластині верхнього ротора просвердліть 4 отвори, наріжте в них різьблення для шпильки (потрібні для плавної установки ротора на його місце. Упріть 4 шпильки в алюмінієві пластини (попередньо приклеєні) і посадіть на шпильки верхній ротор.

Ротори сильно притягуються один до одного, ось чому необхідне таке пристосування. Відразу вирівняйте ротори по зробленим раніше міткам на торцях.

2-4. По черзі обертаючи ключем шпильки, рівномірно опускайте ротор.

5. Коли ротор дійде до втулки, що визначає зазор, викрутити шпильки і приберіть алюмінієві пластини.

6. Встановіть концентратор (хаб - маточина від авто) і прикрутіть його.

Збірка_3

На фото нижче: гвинти з нержавіючої сталі використовуються в якості гвинтових клем для електричного з'єднання на статорі. При свердлінні отворів для клем переконайтеся, що уникнули зіткнення з будь-якими проводами в статорі. Кінці статорних проводів і дротів електропередач мають бути зачищені, зручно використовувати кільцеві наконечники.

Збірка_4

На фото нижче: після встановлення шпильок (1) і фланеця труби (2), ваш генератор повинен виглядати так, як на фото. Примітка: пізніше були додані до шестигранних гайок блокуючі шайби.

Збірка_5

Ковпачкові гайки і плоскі шайби були використані для кріплення з’єднувальної плати турбіни (і опори лопатей турбіни) з генератором. Вітрогенератор в даний час повністю зібраний і готовий до випробувань.

Збірка_6

На цьому збірка завершена, можна перевірити зроблене, обертаючи генератор вручну і вимірюючи напруги. Зверніть увагу, якщо всі три кільцеві клеми закорочені (з'єднані разом), генератор важко повертати. Це може бути корисно, якщо турбіна повинна бути зупинена для обслуговування або для забезпечення безпеки.

Генератори зазвичай використовуються для виробництва електричної енергії, але цей вітрогенератор був розроблений для додаткового нагріву води, тому статор був намотаний для отримання більш високої напруги, яку нагрівальні елементи можуть використовувати. Для зарядки акумулятора була б бажаною більш низька вихідна напруга.

Описаний генератор виробляє 3-фазну змінну напругу різної частоти (вона змінюється в залежності від швидкості вітру). В Україні та Росії використовується однофазний змінний струм 220 Вольт і 50 Гц. Тому змінний струм вітрогенератора можна перетворити в постійний струм з фіксованим напругою. Постійний струм може бути використаний для живлення світильників, підігріву води, заряду акумуляторних батарей, можна навіть перетвориться назад в змінний для запуску побутової техніки. Але розповідь про ці варіанти використання виходить за рамки даного Посібника з виготовлення вертикального вітрогенератора своїми руками.

Додаткові пояснення до вибору місця розташування

Вітрогенератор, про який розповідається в цьому документі, був встановлений на 4-метровій сталевій опорі на краю обриву. Фланець труби, яка є нижньою частиною тримача маточини, забезпечує зручний спосіб надійного кріплення турбіни до опорної конструкції за допомогою 4 болтів. Турбіна може бути піддана значним навантаженням при поривах вітру, тому конструкція повинна бути дуже стабільною і болти достатньо сильними для надійної фіксації.

Звичайні горизонтальні вітрові турбіни вимагають, щоби вітер переважно дув в одному напрямку для досягнення оптимальної продуктивності, але вітрогенератори з вертикальною віссю здатні працювати від вітру з будь-якого напрямку.

Важливо враховувати при розміщенні середню швидкість вітру. Інформацію про середні величини місцевої швидкості вітру легко отримати в Інтернеті, але вона, як правило, не говорить про середні швидкості на місці, де буде встановлюватися вітрогенератор. Анемометр (вимірювальний прилад швидкості вітру) може бути корисний при визначенні місця розміщення турбіни.

Вітрогенератор_встановлений

Механіка роботи турбіни

Вітер виникає через різницю температур на поверхні землі. Коли вітер потрапляє на лопаті турбіни вітрогенератора, він створює три сили: підйомну, гальмівну і імпульсну. Підйомна виходить з потоку повітря над криволінійною поверхнею внаслідок різниці в результаті тиску, який з'являється при цьому. Оскільки лопаті прикріплені до жорсткої підкладці, яка, в свою чергу прикріплена до причепа маточини, лопаті в кінцевому підсумку "піднімають" себе по колу.

Гальмівна сила виникає, коли поверхня лопаті рухається на смугу зустрічного вітру і повинна змістити молекули повітря на своєму шляху.

Імпульсна сила має місце на увігнутій стороні лопатей. Після того, як молекули повітря вдарили в задню частину лопатей, їм нікуди подітися і повітря збирається за лопатями. В результаті лопаті проштовхуються в напрямку вітру. Більш сильний вітер сильніше вдаряє в лопаті, і ті швидше рухаються, але тільки до швидкості самого вітру. При досягненні максимальної підйомної та імпульсної сили та мінімізації гальмівної турбіна починає обертатися. Коли турбіна обертається, магніти на роторі створюють змінне магнітне поле, що проходить через центр котушок, які закладені в статорі. Це змінне магнітне поле індукує електричний струм в проводах котушок, від яких електрика переноситься до місця призначення.

Нижче показані сили, які змушують вітрову турбіну обертатися.

Турбіна_рушійні_сили

Для перетворення змінного струму в постійний можна використати нижче показаний простий мостовий випрямлювач 3-фазного струму, який складається з шести окремих діодів. Три дроти від статора можна приєднати до трьох входів.

Випрямлювач_вітрогенератора

Українська

Додати новий коментар

Користувацький пошук