Cum să faci un generator eolian cu propriile mâini?

Un generator eolian pentru generarea de energie electrică este o sursă de energie electrică de neînlocuit acolo unde nu există multă lumină solară, nu există râuri în apropiere și nu există rețele electrice centralizate.

Principiul de funcționare al unui generator eolian este conversia energiei eoliene în energie electrică.

În sistemele în care este necesară energia termică pentru a genera electricitate, acestea folosesc:

• un motor care funcționează pe gaz, benzină sau motorină;
• degajare de căldură din plăci și blocuri ale unui reactor nuclear, a cărui căldură este folosită pentru a transforma apa în abur - într-o turbină cu abur;
• diferite tipuri de combustibil ars într-o centrală de cogenerare, înlocuind căldura, căldura dintr-un reactor nuclear.

Panourile solare stau deoparte, unde lumina este folosită ca sursă de energie, și nu căldură sau energie mecanică.

Dar să revenim la „turbinele eoliene”, al căror principiu de funcționare este următorul. Forța vântului rotește elicea, care antrenează arborele motorului generator. Împreună cu arborele, rotorul motorului, pe care sunt instalați magneți permanenți, se rotește sincron. Câmpul magnetic, care trece prin înfășurarea statorului, induce un curent alternativ în acesta datorită unei modificări a intensității fluxului magnetic care trece prin spirele bobinelor, din care este asamblată înfășurarea. O tensiune electrică alternativă este alimentată într-un circuit electronic, unde este transformată în tensiune continuă. Numeroase dispozitive și dispozitive care au nevoie de el funcționează din curent continuu.

Oricine poate face un generator pentru cabane de vară sau condiții de câmp care generează curent alternativ cu o tensiune de 220 V. Cu cât dimensiunile structurii sunt mai impresionante, cu atât eficiența reculului va fi primită de un anumit utilizator. Nu este o problemă să faci un generator care să genereze unul sau mai mulți kilowați de electricitate pe oră. Electricitatea primită de la o astfel de instalație este capabilă să alimenteze aproape toate aparatele electrice din casă, inclusiv echipamentele de grădinărit.

Instalația seamănă de la distanță cu o giruetă cu o elice, datorită căreia această structură se întoarce acolo unde bate vântul. Acest lucru este necesar pentru a-și maximiza puterea și viteza.

Elicea orizontală este rotită de o tijă situată în spatele unității. Nu este necesară tija verticală - palele sale sunt amplasate în așa fel încât elicea însăși va începe aproape jumătate de tură, indiferent de partea din care bate vântul.

Pentru ca o turbină eoliană să funcționeze la eficiență maximă, este necesară o viteză de 3000 rpm sau mai mult. Pentru generatoarele care produc curent alternativ, această frecvență corespunde valorii de 50 herți, care este tipică pentru centralele electrice industriale domestice. După rotirea unui motor-generator care cântărește aproximativ 10 kg, nu este o problemă să obțineți 2 kW la fiecare oră.

Elementul principal al oricărui model de parc eolian este un motor generator. Funcționează ca un motor - curentul continuu sau alternativ face rotorul (și odată cu el și arborele) să se rotească. Lucrul invers - ca generator - este de asemenea posibil.

Printre motoarele folosite ca generatoare se numara motoarele cu perii, asincrone fara perii si pas cu pas. Aceste trei tipuri de motoare sunt populare printre amatorii care asamblează turbinele eoliene cu propriile mâini.

Într-un motor colector, înfășurările rotorului (armaturile) sunt situate într-un câmp magnetic constant al magneților statori. Tensiunea constantă îndepărtată de la bornele unui astfel de motor atunci când arborele său cu armătura este nerăsucită este transmisă de la contactele purtătoare de curent ale armăturii prin perii. Periile în sine sunt punctul slab al unui astfel de motor - își epuizează rapid resursele. De regulă, un astfel de generator este sub sarcină constantă, atunci când armătura se mișcă, periile scânteie. Câteva zile de funcționare continuă a unei astfel de instalații pot uza complet periile, drept urmare acestea din urmă vor trebui înlocuite.

Cea mai bună opțiune este motorul fără perii. În el, un rotor cu magneți se rotește în spațiul dintre înfășurările statorului. Înfășurările în sine rămân staționare, nu au nevoie de contacte de alunecare. Datorită unei astfel de soluții simple, instalația poate funcționa zeci de ani - este important doar o dată pe sezon sau o dată la șase luni să lubrifiați rulmenții motorului, care sunt responsabili pentru rotirea perfectă, fără joc a rotorului. Soluțiile populare bazate pe un motor fără perii - asincron sau pas cu pas - sunt disponibile pentru aproape orice casă „DIYer”.

Un motor asincron este utilizat în sculele electrice - de exemplu, într-o mașină de șlefuit. Stepper-ul poate fi găsit într-o mare varietate de dispozitive - de la o roată cu motor a unei biciclete la o unitate mecanică a unei imprimante sau o unitate de disc.

Motorul cu perie variabilă utilizat la ciocanele rotopercuțe, șlefuite, șurubelnițe, ferăstraie și rindele electrice se deosebește. Dezavantajul lor este necesitatea de a scoate periile și orificiul rotorului pentru magneții de neodim. Ca urmare, din înfășurările active rămâne doar înfășurarea statorului - înfășurarea rotorului este complet îndepărtată.

Un generator eolian realizat dintr-un ventilator va necesita un orificiu de rotor pentru magneți de neodim. Designul motorului ventilatorului de uz casnic nu este conceput pentru a primi curent electric prin rotirea rotorului. Un cooler de computer (chip cooler) - un ventilator al unității de sistem a unui PC sau laptop - se încadrează în aceeași modificare.

Un tractor sau un generator de mașină utilizează o înfășurare suplimentară de câmp, care este alimentată de bateria mașinii în sine. Pentru ca generatorul să producă, de exemplu, un curent alternativ de 135 de amperi cu o tensiune de 15 volți, înfășurarea de excitație a rotorului după pornirea contactului consumă un curent continuu de 3 amperi cu o tensiune de 12,6-14 V. principala sursa de energie pentru generator este inca arborele cotit al unui motor cu ardere interna care functioneaza pe benzina, motorina sau metan/propan. Un tractor sau un generator de mașină va necesita îndepărtarea înfășurării câmpului și instalarea magneților de neodim.

Cea mai comună opțiune este utilizarea unui motor de mașină de spălat pentru un generator de casă. Dacă vechea „mașină de spălat” nu este disponibilă, puteți găsi un astfel de motor la magazinele de vechituri din piața de uz casnic, în cel mai apropiat centru de service pentru electrocasnice sau un magazin specializat. Nu este o problemă să comanzi un astfel de motor din China.

Atât cele noi, cât și cele folosite vor funcționa mult timp. Puterea de 200 de wați poate fi ușor convertită în kilowați sau mai mult.

Pentru a asambla generatorul, pe lângă motor, aveți nevoie de:

• magneți de neodim în dimensiunile 20, 10 și 5 mm (32 în total);
• diode redresoare sau o punte de diode cu un curent de zeci de amperi (respectați regula unei rezerve de putere duble);
• adeziv epoxidic;
• sudare la rece;
• șmirghel;
• tablă din partea unei cutii de conserve.

Magneții sunt comandați online din China.

Următoarele instrumente vor accelera procesul de producție:

• strung;
• foarfece;
• șurubelniță cu duze;
• cleşte.

Generatorul ca dispozitiv generează curent alternativ, care trebuie transformat în curent continuu, adus la valoarea tensiunii necesare. Dacă un motor-generator produce, să zicem, 40 de volți, atunci este puțin probabil ca aceasta să fie o valoare potrivită pentru majoritatea electronicelor de consum care consumă 5 sau 12 volți DC sau 127/220 volți AC.

Schema intregii instalatii, dovedita de timp si milioane de utilizatori, include un redresor, controler, baterie si invertor. O baterie auto cu o capacitate de 55-300 amperi-oră este folosită ca stocare tampon a energiei stocate. Tensiunea sa de funcționare este de 10,9-14,4 V cu încărcare ciclică (ciclu complet încărcare-descărcare) și 12,6-13,65 cu tampon (porționat, dozat, când trebuie să reîncărcați o baterie parțial descărcată).

Controlerul convertește, de exemplu, aceeași 40 de volți în 15. Eficiența sa în volt-amperaj variază de la 80-95% - excluzând pierderile la redresor.

Generatorul trifazat are cea mai mare eficiență. - puterea sa este cu 50% mai mare decât cea a unuia monofazat, nu vibrează în timpul funcționării (vibrația slăbește structura, făcând-o de scurtă durată).

Bobinele din înfășurarea fiecăreia dintre faze alternează între ele și sunt conectate în serie - ca și polii magneților, una dintre părțile îndreptate spre bobine.

Electrocasnicele moderne și electronicele sunt capabile să funcționeze de la 110 volți (Standard american pentru rețelele casnice) până la 250 - nu este recomandat să dați mai mult aparatelor și dispozitivelor din rețea. Toate convertoarele sunt de impuls, în comparație cu cele liniare, pierderile lor de căldură sunt mult mai mici.

Pentru a modifica designul motorului cu inducție, procedați în felul următor.

1. Dezasamblați motorul și scoateți rotorul.
2. Scoateți plăcile de pe armătura rotorului. Tăiați-le la o adâncime de 2 mm.
3. Faceți caneluri de până la 5 mm adâncime - pentru magneți.
4. Marcați o bandă de tablă pentru magneți. Acestea ar trebui să fie egal distanțate unul de celălalt - acest lucru va preveni pierderea inutilă de putere a instalației.
5. Atașați-le la această bandă de tablă cu superglue. Fixați banda cu magneți pe ancoră.
6. Umpleți spațiul dintre magneți cu sudare la rece sau adeziv epoxidic.
7. Îndepărtați bavurile și denivelările de pe rotor cu șmirghel.
8. Verificați - și înlocuiți dacă este necesar - rulmenții și șuruburile motorului.

Asamblați motorul generator. Dispozitivul este pregătit pentru instalare ulterioară. Pentru a verifica dispozitivul, strângeți arborele într-un mandrina de burghiu sau șurubelniță și accelerați la 1000 rpm.

La o valoare mai mică, eroarea constă în alternanța neuniformă a magneților în orice punct al cercului de rotație a armăturii.

Pentru a asambla turbina eoliană, procedați în felul următor.

1. Tăiați bucăți identice dintr-o țeavă din PVC cu un diametru de 11-16 cm, corespunzătoare în lungime cu viitoarele lame.
2. Pe fiecare segment, trageți o linie arbitrară și retrageți-vă de ea pe ambele părți cu 22 mm. În consecință, lățimea unei lame va ajunge la 44 mm. Repetați această acțiune pentru capătul opus al segmentului de linie.
3. Conectați direct punctele extreme de pe o parte a liniei centrale.
4. Desenați pe cealaltă parte contururile viitoarei lame.
5. Tăiați lama rezultată și rotunjiți capătul liber prin ascuțire. Repetați pașii de mai sus pentru restul lamelor.
6. Atașați lamele la butuc folosind un adaptor de bucșă. Șuruburile cu piulițe și șaibe elastice sunt potrivite ca elemente de fixare. Lățimea fiecărei lame pe toată lungimea sa variază de la 44 la 88 mm.

Acest lucru este suficient pentru ca vântul să rotească rotorul cu o viteză de 3 m/s. Structura rezultată trebuie să fie echilibrată - echilibrarea corectă va preveni formarea de puncte oarbe care încetinesc generatorul atunci când elicea se rotește.

Un motor-generator cu un rotor instalat poate fi plasat într-un manșon de protecție care îl protejează de precipitațiile atmosferice. Rămânând uscat în toate condițiile meteorologice, ferit de ploaie și zăpadă, generatorul va rezista ani de zile. Pentru a asambla apărătoarea, procedați în felul următor:

1. într-o țeavă cu diametrul de 7,5 cm, tăiați un șanț longitudinal de 2 cm lățime;
2. tăiați capătul din spate al țevii tăiate la un unghi de 45 de grade;
3. așezați motorul generator cu elicea în acest tub și fixați-l pe el.

Rotirea liberă a motorului va necesita o articulație pivotantă cu rulment cu bile, similară cu cea găsită într-un ventilator de uz casnic. Se poate întoarce la nesfârșit în oricare parte.

Pentru ca cablul, cu ajutorul căruia sunt îndepărtați curenții induși în înfășurarea statorului, să nu se înfășoare sau să nu se răsucească, conexiunea din balama trebuie să fie culisantă, dar să asigure un contact electric sigur, stabil al motorului-generator cu unități funcționale localizate în continuare ale circuitului.

Utilizarea unui contact perie-grafit este nejustificată - grafitul are o rezistență electrică cu un ordin de mărime mai mare decât cea a aluminiului și oțelului, iar puterea instalației va scădea vizibil. Balamaua este instalată pe o bază formată dintr-o bucată de țeavă în formă. După asamblare, ei verifică dacă mecanismul de pivotare rezultat nu se blochează, nu se răsucește și dacă cablul este uzat.

Oferind un contact de alunecare și rotație liberă a instalației în direcția vântului, la carcasa exterioară suplimentară a motorului este atașată o tijă, realizată, de exemplu, dintr-o conductă de apă din plastic și o bucată de plastic sau aluminiu.

Ca suport se folosește o țeavă rotundă sau profilată, al cărei capăt este betonat în pământ - nu mai puțin de un metru. Pentru ca suportul să nu se trântească în timp de la uragan, acesta este completat cu trei sau șase vergeturi, convergând în centru în același unghi și îndreptate în direcții diferite.

După finalizarea asamblarii părții motor-generator, lângă motor, dacă este necesar, se montează un redresor cu diodă. Pierderile de curent în fire pot fi reduse semnificativ prin utilizarea unui transformator de creștere situat în apropierea grupului electrogen - ca în liniile care transmit energie electrică industrială pe distanțe lungi.

Controlerul de încărcare, bateria și invertorul sunt incluse în continuare conform diagramei. Turbina eoliană este complet asamblată și gata de funcționare.

O turbină eoliană de casă pentru o casă privată generează o tensiune constantă sau alternativă de câteva zeci de volți, ceea ce reprezintă un pericol crescut pentru o persoană. Contactele și firele purtătoare de curent trebuie să fie izolate în mod fiabil - apa de ploaie este un mediu acidificat care conduce bine curentul electric.

Energia eoliană este volubilă. Cea mai bună soluție ar fi un generator de viteză mică cu mai mult de o duzină de magneți și bobine. Cu cât mai multe bobine, cu atât firul de înfășurare ar trebui să fie mai gros. O secțiune prea subțire datorită unei rezistențe totale de zeci de ohmi va reduce puterea utilă a generatorului de câteva ori. Pentru o sarcină serioasă - de exemplu, de la o sobă electrică sau o mașină de spălat - la 220 de volți, un curent de până la 10 A.

Designul unui generator de casă - cu excepția cazului în care se folosește un motor convertit pentru generarea de energie electrică - ar trebui să fie perfect plat și simetric. Înainte de a instala bobinele și magneții, „spinnerul” în sine trebuie să fie centrat. Nu contează ce este folosit - un CD aruncat sau o copie în miniatură de casă a unei mori de vânt, cel mai mic dezechilibru este deja inacceptabil.

Încercați să obțineți un zgomot minim - în mod ideal, ar trebui să lipsească. Dacă instalația dvs., care nu este lubrifiată în locul rulmenților, este plânsă din cauza scârțâitului și ciocnitului constant la rotire, o astfel de plângere poate duce la probleme cu legea, mai ales noaptea. Restul motivelor pentru a vă pretinde ca proprietar al unei turbine eoliene sunt nesemnificative - turbinele eoliene sunt complet legale, deoarece proprietarul acestui dispozitiv nu produce electricitate cu el la scară industrială, așa cum se face în Europa și America.

Instalarea nu trebuie să fie prea înaltă - deasupra stâlpilor de-a lungul cărora trec liniile electrice. În fiecare oraș, cabană de vară sau așezare rurală, există o restricție privind înălțimea structurilor construite.

Abordând corect și extrem de responsabil soluționarea problemei cu electricitatea cu ajutorul unui generator eolian, consumatorul va scăpa de timpii de nefuncționare asociate întreruperilor de curent. Este întotdeauna mai bine să lucrezi înaintea curbei - în cadrul legii - decât să aștepți ani de zile ceea ce promit autoritățile.

Cum să faci un generator eolian cu propriile mâini, vezi mai jos.