Как сделать генератор для ветряка из асинхронного двигателя своими руками
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:
Изготовление генератора из асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель является наилучшей «заготовкой» для изготовления генератора. Он имеет для этого наилучшие показатели по устойчивости к короткому замыканию, менее требователен к попаданию пыли или грязи. Кроме того, асинхронные генераторы вырабатывают более «чистую» энергию, клирфактор (наличие высших гармоник) у этих устройств всего 2% против 15% у синхронных генераторов. Высшие гармоники способствуют нагреву двигателя и сбивают режим вращения, поэтому их малое количество является большим плюсом конструкции.
Асинхронные устройства не имеют вращающихся обмоток, что в значительной степени снимает возможность выхода их из строя или повреждения от трения или замыкания.
Также важным фактором является наличие на выходных обмотках напряжения в 220В или 380 В, что позволяет подключать приборы потребления прямо к генератору, минуя систему стабилизации тока. То есть, пока есть ветер, приборы будут работать точно так же, как от сети.
Единственное отличие от работы полного комплекса в прекращении работы сразу же после стихания ветра, тогда как аккумуляторы, входящие в комплект, какое-то время питают потребляющие устройства используя свою емкость.
Как переделать ротор
Единственным изменением, которое вносится в конструкцию асинхронного двигателя при переделывании его в генератор, является установка на ротор постоянных магнитов. Для получения большей силы тока иногда перематывают обмотки более толстым проводом, имеющим меньшее сопротивление и дающим лучшие результаты, но эта процедура не критична, можно обойтись и без нее — генератор будет работать.
Ротор асинхронного двигателя не имеет никаких обмоток или иных элементов, являясь, по сути, обычным маховиком. Обработка ротора производится в токарном станке по металлу, обойтись без этого никак нельзя. Поэтому при создании проекта надо сразу решить вопрос с техническим обеспечением работ, найти знакомого токаря или организацию, занимающуюся такими работами. Ротор надо уменьшить в диаметре на толщину магнитов, которые будут на него установлены.
Существует два способа монтажа магнитов:
- изготовление и установка стальной гильзы, которая одевается на предварительно уменьшенный в диаметре ротор, после чего на гильзу крепятся магниты. Этот способ дает возможность увеличить силу магнитов, плотность поля, способствующую более активному образованию ЭДС
- уменьшение диаметра только на толщину магнитов плюс необходимый рабочий зазор. Этот способ проще, но потребует установки более сильных магнитов, лучше всего — неодимовых, которые имеют намного большее усилие и создают мощное поле.
Установка магнитов производится по линиям конструкции ротора, т.е. не воль оси, а несколько смещенными по направлению вращения (на роторе эти линии хорошо видны). Магниты расставляются по чередованию полюсов и фиксируются на роторе с помощью клея (рекомендуется эпоксидная смола). После ее высыхания можно производить сборку генератора, в который отныне превратился наш двигатель, и переходить к испытательным процедурам.
Испытания вновь созданного генератора
Эта процедура позволяет выяснить степень работоспособность генератора, опытным путем определить скорость вращения ротора, необходимую для получения нужного напряжения. Обычно прибегают к помощи другого двигателя, например, электродрели с регулируемой частотой вращения патрона. Вращая ротор генератора с подключенным к нему вольтметром или лампочкой, проверяют, какие скорости необходимы для минимума и каков максимальный предел мощности генератора, чтобы получить данные, на основе которых будет создаваться ветряк.
Можно в испытательных целях подключить какой-либо прибор потребления (например, нагреватель или осветительное устройство) и убедиться в его работоспособности. Это поможет снять все возникающие вопросы и внести какие-либо изменения, если возникнет такая необходимость. Например, иногда возникают ситуации с «залипанием» ротора, не стартующего при слабых ветрах. Это происходит при неравномерном распределении магнитов и устраняется разборкой генератора, отсоединением магнитов и повторным их укреплением в более равномерной конфигурации.
По завершении всех работ в распоряжении появляется полностью рабочий генератор, который отныне нуждается в источнике вращения.
Изготовление ветряка
Для создания ветряка потребуется выбрать какой-либо из вариантов конструкции, которых имеется немало. Так, существуют горизонтальные или вертикальные конструкции ротора (в данном случае термин «ротор» обозначает вращающуюся часть ветрогенератора — вал с лопастями, приводимый в движение силой ветра). Горизонтальные роторы имеют более высокую эффективность и устойчивость в производстве энергии, но нуждаются в системе наведения на поток, которая, в свою очередь, нуждается в легкости вращения на валу.
Чем мощнее генератор, тем труднее его вращать и тем большее усилие должен развивать ветряк, что требует его больших размеров. При этом, чем крупнее ветряк, тем он тяжелее и обладает большей инерцией покоя, что образует замкнутый круг. Обычно используют средние значения и величины, дающие возможность образовать компромисс между размерами и легкостью вращения.
Вертикальные ветряки проще в изготовлении и не требовательны к направлению ветра. При этом, они имеют меньшую эффективность, так как ветер с одинаковой силой воздействует на обе стороны лопасти, затрудняя вращение. Для того, чтобы избежать этого недостатка, создано множество различных конструкций ротора, таких как:
- ротор Савониуса
- ротор Дарье
- ротор Ленца
Известны ортогональные конструкции (разнесенные относительно оси вращения) или геликоидные (лопасти, имеющие сложную форму, напоминающую витки спирали). Все эти конструкции имеют свои достоинства и недостатки, основным из которых является отсутствие математической модели вращения того или иного вида лопастей, делающего расчет крайне сложным и приблизительным. Поэтому действуют методом проб и ошибок — создается экспериментальная модель, выясняются ее недостатки, с учетом которых изготавливается рабочий ротор.
Наиболее простая и распространенная конструкция — ротор Савониуса, но в последнее время в сети появляется множество описаний других ветрогенераторов, созданных на базе других видов.
Устройство ротора несложно — вал на подшипниках, на верхней части которого укреплены лопасти, которые под действием ветра вращаются и передают крутящий момент на генератор. Изготовление ротора осуществляется из доступных материалов, монтаж не требует чрезмерной высоты (обычно поднимают на 3-7 м), это зависит от силы ветров в регионе. Вертикальные конструкции почти не требуют ухода или обслуживания, что облегчает эксплуатацию ветрогенератора.
Самодельный ветрогенератор из асинхронного двигателя
Для самодельного ветряка удобно использовать асинхронный генератор. Он сразу вырабатывает переменный ток, и нет необходимости подключать инвертор, что упрощает схему сборки. Это означает, что всеми бытовыми приборами можно пользоваться прямо от ветряка. Сделать асинхронный генератор своими руками несложно. Достаточно найти старый асинхронный двигатель (АД) от какого-либо бытового прибора и использовать его в качестве основы для ветряка. Понадобится, правда, несложная переделка.
Принцип работы асинхронного двигателя и генератора
Асинхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока. Его особенность состоит в том, что магнитное поле, которое производится током обмотки статора, и ротор вращаются с разной частотой. В синхронных двигателях их частота совпадает. Наиболее распространенная конструкция АД включает в себя фазный ротор и статор, между которыми находится воздушный зазор. Но встречаются и двигатели с короткозамкнутым ротором. Активная часть АД — это магнитопровод и обмотки. Остальные элементы обеспечивают жесткость конструкции, возможность вращения и охлаждение. Ток в таком двигателе появляется благодаря электромагнитной индукции, которая возникает при вращении магнитного поля с определенной скоростью.
В свою очередь, асинхронный ветрогенератор — это двигатель, который работает в генераторном режиме. Приводной ветродвигатель вращает ротор и магнитное поле в одном направлении. При этом возникает отрицательное скольжение ротора, на валу появляется тормозящий момент, после чего энергия передается на аккумулятор. Для возбуждения ЭДС в дело идет остаточная намагниченность ротора, а усиление ЭДС происходит за счет конденсаторов.
Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя
Чтобы приспособить АД под ветряк, вам нужно создать в нем движущееся магнитное поле. Для этого проведите ряд преобразований:
- Подберите неодимовые магниты для ротора. От их силы и количества зависит сила магнитного поля.
- Проточите ротор под магниты. Это можно сделать при помощи токарного станка. Снимите пару миллиметров со всей поверхности сердечника и дополнительно сделайте углубления под магниты. Толщина проточки зависит от выбранных магнитов.
- Сделайте разметку ротора на четыре полюса. На каждом разместите магниты (от восьми штук на полюс, но лучше больше).
- Теперь нужно зафиксировать магниты. Сделать это можно при помощи суперклея, но тогда удерживайте элементы пальцами до тех пор, пока клей не схватится (при контакте с ротором магниты будут менять свое положение). Или закрепите все элементы скотчем.
- Следующий шаг — заполнение свободного пространства между магнитами эпоксидной смолой. Для этого обмотайте ротор с магнитами бумагой, поверх нее намотайте скотч, а концы бумажного кокона загерметизируйте пластилином. После изготовления такой защиты внутрь можно заливать смолу. Когда эпоксидка окончательно высохнет, удалите бумагу.
- Зачистите поверхность ротора наждачкой. Для этого используйте бумагу средней зернистости.
- Определите два роторных провода, которые ведут к рабочей обмотке. Остальные провода обрежьте, чтобы не путаться.
На этом основные преобразования завершены. Дополнительно вы можете приобрести контроллер, а из кремниевых диодов сделать выпрямитель для вашего ветрогенератора. Кроме того, проверьте вращение двигателя. Если ход тугой, замените подшипники. Быстрый совет: если хотите увеличить силу тока, а также снизить напряжение в вашем агрегате, то не поленитесь и перемотайте статор толстой проволокой.
Тестирование генератора
Перед установкой готового генератора на осевую конструкцию или мачту нужно его протестировать. Для тестирования понадобится дрель или шуруповерт, а также какая-нибудь нагрузка, например, обычная лампочка, которую вы используете в быту. Подсоедините их к вашему агрегату и посмотрите, на каких оборотах лампочка горит ярко и ровно.
Если тестирование показывает хорошие результаты, то можно приступать к монтажу ветряка. Для этого необходимо изготовить лопастные элементы, осевую конструкцию, подобрать аккумулятор. Подробнее о том, как собрать ветрогенератор, можно почитать здесь.
Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора
Такой ветряк обладает рядом особенностей, которые нужно учитывать при эксплуатации:
- Будьте готовы, что КПД готового устройства будет постоянно колебаться (в пределах 50%). Устранить этот недостаток невозможно, это издержки процесса преобразования энергии.
- Позаботьтесь о качественной изоляции, а также заземлении ветрогенератора. Это обязательное требование безопасности.
- Сделайте кнопки для управления устройством. Это значительно упростит его использование в дальнейшем.
- Кроме того, предусмотрите места для подключения измерительных приборов. Это обеспечит вас данными о работе вашего агрегата, позволит проводить диагностику.
Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя
Если сравнивать асинхронный и синхронный ветрогенераторы, то у асинхронных есть как преимущества, так и недостатки.
Преимущества заключаются в следующем:
- Мощные устройства с простой конструкцией, небольшими размерами и весом.
- Высокий уровень эффективности при выработке энергии.
- Нет необходимости в инверторе, потому что такой ветрогенератор производит переменный ток (220/380В). Он может непосредственно питать бытовые устройства или работать параллельно с сетью централизованного энергоснабжения.
- Выходное напряжение очень стабильно.
- Частота на выходе не зависит от скоростей ротора.
- Обладает высокой устойчивостью к коротким замыканиям, защищен от влаги и грязи.
- Может служить многие годы, так как содержит мало изнашивающихся элементов.
- Работает на конденсаторном возбуждении.
- При отсутствии аккумулятора асинхронный генератор может затухать в моменты перегрузки. Это является ограничителем для использования такого агрегата. Но для ветряка такой недостаток неактуален, потому что его конструкция предполагает накопитель энергии. О том, как выбрать аккумулятор для ветряка, можно прочитать здесь.
- Конденсаторные батареи имеют высокую стоимость, поэтому переделка старого АД — это оптимальное решение вопроса.
- Оборотность генератора находится в обратной зависимости от его массы.
Таким образом, ветрогенератор своими руками из асинхронного трехфазного двигателя — это недорогое и удобное решение для дома.
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
Источник https://energo.house/veter/generator-dlya-vetryaka.html
Источник https://altenergiya.ru/veter/samodelnyj-vetrogenerator-iz-asinxronnogo-dvigatelya.html
Источник https://sdelaysam-svoimirukami.ru/8022-kak-sdelat-vetrogenerator-iz-asinhronnogo-jelektrodvigatelja.html
