Мой самодельный ветрогенератор на шаговом двигателе
Проезжая на велосипеде мимо дачных участков, я увидел работающий ветрогенератор:
Большие лопасти медленно, но верно вращались, флюгер ориентировал устройство по направлению ветра.
Мне захотелось реализовать подобную конструкцию, пусть и не способную вырабатывать мощность, достаточную для обеспечения «серьезных» потребителей, но все-таки работающую и, например, заряжающую аккумуляторы или питающую светодиоды.
Шаговые двигатели
Одним из наиболее эффективных вариантов небольшого самодельного ветроэлектрогенератора является использование шагового двигателя (ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) — в таком моторе вращение вала состоит из небольших шагов. Обмотки шагового двигателя объединены в фазы. При подаче тока в одну из фаз происходит перемещение вала на один шаг.
Эти двигатели являются низкооборотными и генератор с таким двигателем может быть без редуктора подключен к ветряной турбине, двигателю Стирлинга или другому низкооборотному источнику мощности. При использовании в качестве генератора обычного (коллекторного) двигателя постоянного тока для достижения таких же результатов потребовалась бы в 10-15 раз более высокая частота вращения.
Особенностью шаговика является достаточно высокий момент трогания (даже без подключенной к генератору электрической нагрузки), достигающий 40 грамм силы на сантиметр.
Коэффициент полезного действия генератора с ШД достигает 40 %.
Для проверки работоспособности шагового двигателя можно подключить, например, красный светодиод. Вращая вал двигателя, можно наблюдать свечение светодиода. Полярность подключения светодиода не имеет значения, так как двигатель вырабатывает переменный ток.
Кладезем таких достаточно мощных двигателей являются пятидюймовые дисководы гибких дисков, а также старые принтеры и сканеры.
Например, я располагаю ШД из старого 5.25″ дисковода, работавшего еще в составе ZX Spectrum — совместимого компьютера «Байт».
Такой дисковод содержит две обмотки, от концов и середины которых сделаны выводы — итого из двигателя выведено шесть проводов:
первая обмотка (англ. coil 1) — синий (англ. blue) и желтый (англ. yellow);
вторая обмотка (англ. coil 2) — красный (англ. red) и белый (англ. white);
коричневые (англ. brown) провода — выводы от средних точек каждой обмотки (англ. center taps).
разобранный шаговый мотор
Слева виден ротор двигателя, на котором видны «полосатые» магнитные полюсы — северный и южный. Правее видна обмотка статора, состоящая из восьми катушек.
Сопротивление половины обмотки составляет ~ 70 Ом.
Я использовал этот двигатель в первоначальной конструкции моего ветрогенератора.
Находящийся в моем распоряжении менее мощный шаговый двигатель T1319635 фирмы Epoch Electronics Corp. из сканера HP Scanjet 2400 имеет пять выводов (униполярный мотор):
первая обмотка (англ. coil 1) — оранжевый (англ. orange) и черный (англ. black);
вторая обмотка (англ. coil 2) — коричневый (англ. brown) и желтый (англ. yellow);
красный (англ. red) провод — соединенные вместе выводы от средней точки каждой обмотки (англ. center taps).
Сопротивление половины обмотки составляет 58 Ом, которое указано на корпусе двигателя.
В улучшенном варианте ветрогенератора я использовал шаговый двигатель Robotron SPA 42/100-558, произведенный в ГДР и рассчитанный на напряжение 12 В:
Ветротурбина
Возможны два варианта расположения оси крыльчатки (турбины) ветрогенератора — горизонтальное и вертикальное.
Преимуществом горизонтального (наиболее популярного) расположения оси, располагающейся по направлению ветра, является более эффективное использование энергии ветра, недостаток — усложнение конструкции.
Я выбрал вертикальное расположение оси — VAWT (vertical axis wind turbine), что существенно упрощает конструкцию и не требует ориентации по ветру. Такой вариант более пригоден для монтирования на крышу, он намного эффективнее в условиях быстрого и частого изменения направления ветра.
Я использовал тип ветротурбины, называемый ветротурбина Савониуса (англ. Savonius wind turbine). Она была изобретена в 1922 году Сигурдом Йоханнесом Савониусом (Sigurd Johannes Savonius) из Финляндии.
Сигурд Йоханнес Савониус
Работа ветротурбины Савониуса основана на том, что сопротивление (англ. drag) набегающему потоку воздуха — ветру вогнутой поверхности цилиндра (лопасти) больше, чем выпуклой.
Коэффициенты аэродинамического сопротивления (англ. drag coefficients) $C_D$
двумерные тела:
вогнутая половина цилиндра (1) — 2,30
выпуклая половина цилиндра (2) — 1,20
плоская квадратная пластина — 1,17
трехмерные тела:
вогнутая полая полусфера (3) — 1,42
выпуклая полая полусфера (4) — 0,38
сфера — 0,5
Указанные значения приведены для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) в диапазоне $10^4 — 10^6$. Число Рейнольдса характеризует поведение тела в среде.
Сила сопротивления тела воздушному потоку $ = S rho > $, где $rho$ — плотность воздуха, $v$ — скорость воздушного потока, $S$ — площадь сечения тела.
Такая ветротурбина вращается в одну и ту же сторону, независимо от направления ветра:
Подобный принцип работы используется в чашечном анемометре (англ. cup anemometer) — приборе для измерения скорости ветра:
Такой анемометр был изобретен в 1846 году ирландским астрономом Джоном Томасом Ромни Робинсоном (John Thomas Romney Robinson):
Робинсон полагал, что чашки в его четырехчашечном анемометре перемещаются со скоростью, равной одной трети скорости ветра. В реальности это значение колеблется от двух до немногим более трех.
В настоящее время для измерения скорости ветра используются трехчашечные анемометры, разработанные канадским метеорологом Джоном Паттерсоном (John Patterson) в 1926 году:
Генераторы на коллекторных двигателях постоянного тока с вертикальной микротурбиной продаются на eBay по цене около $5:
Такая турбина содержит четыре лопасти, расположенные вдоль двух перпендикулярных осей, с диаметром крыльчатки 100 мм, высотой лопасти 60 мм, длиной хорды 30 мм и высотой сегмента 11 мм. Крыльчатка насажена на вал коллекторного микродвигателя постоянного тока с маркировкой JQ24-125H670. Номинальное напряжение питания такого двигателя составляет 3 . 12 В.
Энергии, вырабатываемой таким генератором, хватает для свечения «белого» светодиода.
Скорость вращения ветротурбины Савониуса не может превышать скорость ветра, но при этом такая конструкция характеризуется высоким крутящим моментом (англ. torque).
Эффективность ветротурбины можно оценить, сравнив вырабатываемую ветрогенератором мощность с мощностью, заключенной в ветре, обдувающем турбину:
$P = <1over 2>rho S $ , где $rho$ — плотность воздуха (около 1,225 кг/м 3 на уровне моря), $S$ — ометаемая площадь турбины (англ. swept area), $v$ — скорость ветра.
Первоначально в крыльчатке моего генератора использованы четыре лопасти в виде сегментов (половинок) цилиндров, вырезанных из пластиковых труб:
Размеры сегментов —
длина сегмента — 14 см;
высота сегмента — 2 см;
длина хорды сегмента — 4 см;
расстояние от начала сегмента до центра оси вращения — 3 см.
Я установил собранную конструкцию на достаточно высокой (6 м 70 см) деревянной мачте из бруса, прикрепленную саморезами к металлическому каркасу:
Недостатком генератора была достаточно высокая скорость ветра, требуемая для раскрутки лопастей. Для увеличения площади поверхности я использовал лопасти, вырезанные из пластиковых бутылок:
Размеры сегментов —
длина сегмента — 18 см;
высота сегмента — 5 см;
длина хорды сегмента — 7 см;
расстояние от начала сегмента до центра оси вращения — 3 см.
Проблемой оказалась прочность держателей лопастей. Сначала я использовал перфорированные алюминиевые планки от советского детского конструктора толщиной 1 мм. Через несколько суток эксплуатации сильные порывы ветра привели к излому планок (1). После этой неудачи я решил вырезать держатели лопастей из фольгированного текстолита (2) толщиной 1,8 мм:
Прочность текстолита на изгиб перпендикулярно пластине составляет 204 МПа и сравним с прочностью на изгиб алюминия — 275 МПа. Но модуль упругости алюминия $E$ (70000 МПа) намного больше, чем у текстолита (10000 МПа), т.е. тексолит намного эластичнее алюминия. Это, по моему мнению, с учетом большей толщины текстолитовых держателей, обеспечит гораздо большую надежность крепления лопастей ветрогенератора.
Ветрогенератор смонтирован на мачте:
Опытная эксплуатация нового варианта ветрогенератора показала его надежность даже при сильных порывах ветра.
Недостатком турбины Савониуса является невысокая эффективность — только около 15 % энергии ветра преобразуется в энергию вращения вала (это намного меньше, чем может быть достигнуто с ветротурбиной Дарье (англ. Darrieus wind turbine)), использующей подъемную силу (англ. lift). Этот вид ветротурбины был изобретен французским авиаконструктором Жоржем Дарье (Georges Jean Marie Darrieus) — патент США от 1931 года № 1,835,018.
Жорж Дарье
Недостатком турбины Дарье является то, что у нее очень плохой самозапуск (для выработки крутящего момента от ветра турбины уже должна быть раскручена).
Преобразование электроэнергии, вырабатываемой шаговым двигателем
Выводы шагового двигателя могут быть подключены к двум мостовым выпрямителям, собранным из диодов Шоттки для снижения падения напряжения на диодах.
Можно применить популярные диоды Шоттки 1N5817 с максимальным обратным напряжением 20 В, 1N5819 — 40 В и максимальным прямым средним выпрямленным током 1 А. Я соединил выходы выпрямителей последовательно с целью увеличения выходного напряжения.
Также можно использовать два выпрямителя со средней точкой. Такой выпрямитель требует в два раза меньше диодов, но при этом и выходное напряжение снижается в два раза.
Затем пульсирующее напряжение сглаживается с помощью емкостного фильтра — конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для защиты от повышенного генерируемого напряжения параллельно конденсатору включен стабилитрон на 25 В.
схема моего ветрогенератора
электронный блок моего ветрогенератора
Применение ветрогенератора
Вырабатываемое ветрогенератором напряжение зависит от величины и постоянства скорости ветра.
При ветре, колышущем тонкие ветви деревьев, напряжение достигает 2 . 3 В.
При ветре, колышущем толстые ветви деревьев, напряжение достигает 4 . 5 В (при сильных порывах — до 7 В).
ПОДКЛЮЧЕНИЕ К JOULE THIEF
Сглаженное напряжение с конденсатора ветрогенератора может подаваться на Joule Thief — низковольтный DC-DC преобразователь
Значение сопротивления резистора R подбирается экспериментально (в зависимости от типа транзистора) — целесообразно использовать переменный резистор на 4,7 кОм и постепенно уменьшать его сопротивление, добиваясь стабильной работы преобразователя.
Я собрал такой преобразователь на базе германиевого pnp-транзистора ГТ308В (VT) и импульсного трансформатора МИТ-4В (катушка L1 — выводы 2-3, L2 — выводы 5-6) :
ЗАРЯД ИОНИСТОРОВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ)
Ионистор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.
Ионистор — неполярный элемент, но один из выводов может быть помечен «стрелкой» — для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе.
Для первоначальных исследований я использовал ионистор 5R5D11F22H емкостью 0,22 Ф на напряжение 5,5 В (диаметр 11,5 мм, высота 3,5 мм):
Я подключил его через диод к выходу Joule Thief через германиевый диод Д310.
Для ограничения максимального напряжения зарядки ионистора можно использовать стабилитрон или цепочку светодиодов — я использую цепочку из двух красных светодиодов:
Для предотвращения разряда уже заряженного ионистора через ограничительные светодиоды HL1 и HL2 я добавил еще один диод — VD2.
Маломощный ветрогенератор из шагового двигателя: самодельное устройство из принтера
Создание ветрогенератора не обязательно означает изготовление крупного и мощного комплекса, способного обеспечивать электроэнергией целый дом или группу потребителей. Можно изготовить небольшой ветряк, представляющий собой, по сути, действующую модель серьезной установки. Целью такого мероприятия может быть:
- Ознакомление с основами ветроэнергетики.
- Совместные обучающие занятия с детьми.
- Экспериментальный образец, предваряющий строительство крупной установки.
Создание такого ветряка не потребует использования большого количества материалов или инструментов, можно обойтись подручными средствами. Рассчитывать на выработку серьезных объемов энергии не приходится, но для питания небольшого светильника на светодиодах может хватить. Основная проблема, существующая при создании небольших ветряков — это генератор. Его сложно создать самостоятельно, поскольку размеры устройства невелики. Проще всего использовать небольшой электродвигатель, позволяющий использовать его в режиме генератора.
Самодельный ветряк на основе шагового двигателя
Чаще всего, при изготовлении маломощных ветрогенераторов используют шаговые электродвигатели. Особенность их конструкции состоит в наличии нескольких обмоток. Обычно, в зависимости от размера и назначения, изготавливают двигатели с 2, 4 или 8 обмотками (фазами). При подаче напряжения на них по очереди вал соответственно поворачивается на определенный угол (шаг).
Преимущество шаговых двигателей заключается в способности производить достаточно большой ток при низких скоростях вращения. На генератор из шагового двигателя можно установить крыльчатку без всяких промежуточных устройств — передач, редукторов и т.п. Выработка электроэнергии будет производиться с такой же эффективностью, как и на устройствах другой конструкции с использование повышающих передач.
Разница в скоростях весьма существенная — для получения такого же результата, например, на коллекторном двигателе, потребуется скорость вращения в 10 или 15 раз больше.
Считается, что с помощью генератора из шагового двигателя можно заряжать аккумуляторы или батареи мобильных телефонов, но на практике положительные результаты отмечаются крайне редко. В основном, получаются источники питания для небольших светильников.
К недостаткам шаговых двигателей можно отнести значительное усилие, необходимое для начала вращения. Это обстоятельство снижает чувствительность всей ветроустановки к слабым ветрам, что можно несколько скорректировать путем увеличения площади и размаха лопастей.
Отыскать такие двигатели можно в старых дисководах для гибких носителей, в сканерах или принтерах. Как вариант, можно приобрести новый двигатель, если в запасе нужного устройства не окажется. Для большего эффекта следует выбирать более крупные двигатели, они способны выдавать достаточно большое напряжение, чтобы его можно было как-то использовать.
Ветрогенератор из деталей от принтера
Один из подходящих вариантов — использование шагового двигателя от принтера. Его можно извлечь из вышедшего из строя старого устройства, в каждом принтере как минимум два таких двигателя. Как вариант, можно приобрести новый, не бывший в эксплуатации. Он способен вырабатывать мощность около 3 ватт даже при слабом ветре, типичном для большинства регионов России. Напряжение, которое может быть достигнуто, составляет 12 и более В, что позволяет рассматривать устройство как возможность зарядки аккумуляторов.
Шаговый двигатель выдает переменное напряжение. Для пользователя необходимо прежде всего выпрямить его. Потребуется создать диодный выпрямитель, для чего потребуется по 2 диода на каждую катушку. Можно и напрямую подключить светодиод к выводам катушки, при достаточной скорости вращения этого хватит.
Крыльчатку ротора проще всего установить прямо на вал двигателя. Для этого надо изготовить центральную часть, способную плотно усаживаться на вал. Доя усиления фиксации крыльчатки необходимо просверлить отверстие и нарезать в нем резьбу. Впоследствии в него буде завинчиваться стопорный винт.
Для изготовления лопастей обычно используют полипропиленовые канализационные трубы или иные подходящие материалы. Главным условием является малый вес и достаточная прочность, поскольку лопасти иногда набирают вполне приличную скорость. Использование ненадежных материалов может создать нежелательную ситуацию, когда крыльчатка разваливается на ходу.
Обычно изготавливают по 2 лопасти, но можно сделать и большее количество. Необходимо помнить, что большая площадь лопастей повышает КИЭВ ветряка, но параллельно с этим увеличивается фронтальная нагрузка на крыльчатку, передающаяся валу двигателя. Изготовление маленьких лопастей также не рекомендуется, поскольку они не смогут преодолеть залипание вала при старте вращения.
Для возможности вращения ветряка вокруг вертикальной оси надо сделать специальный узел. Сложность в этом заключается в необходимости обеспечить неподвижность кабеля, идущего от генератора. Поскольку устройство имеет, скорее, декоративное назначение, обычно подходят к вопросу проще — устанавливают потребитель прямо на корпусе генератора, исключая присутствие длинного кабеля. В противном случае придется монтировать систему наподобие щеточного коллектора, что нерационально и требует большого количества времени.
Мачта
Собранный ветряк необходимо установить на мачту высотой как минимум 3 метра. Потоки ветра у поверхности земли имеют нестабильное направление, вызванное турбулентностью. Подъем на некоторую высоту поможет получить более равномерные потоки. Для самостоятельной установки на ветер по оси вращения устанавливают хвостовой стабилизатор, играющий роль флюгера. Он делается из любого куска пластмассы, алюминиевой пластинки или иного подручного материала.
Ветрогенератор 2 Вт на основе шагового двигателя
Данный ветрогенератор я изготовил ради интереса и познаний в ветроэнергетике, и не ожидал таких результатов. Мощность моего ветряка составляла около 2 Ватт при напряжении 6 Вольт. Решил я его приспособить для уличного освещения, как экологически чистый источник света, так как в поселке где я живу, практически всегда дует слабый ветер. Также я приспособил его для зарядки телефона.
Технические характеристики ветрогенератора :
— выходное стабилизированное напряжение 5 вольт, без стабилизатора скачет до 13 вольт
— ток КЗ макс. 470 миллиампер
— мощность при ветре 3 м/с 2 ватта, от 10 м/с 5 ватт
Переменный ток с катушек генератора выпрямляется диодными мостами из диодов Шоттки (VD1-VD.), затем ток идет через стабилитрон (VD9) и становится стабильным, конденсатор (С1) сглаживает напряжение для возможности подключения потребителя.
Все детали взаимозаменяемы, но в моем варианте потеря напряжения более низкая из- за использования диодов Шоттки. Для генератора можно использовать любой другой шаговый двигатель (чем больше его размер, тем больше ток и напряжение у него при малых оборотах)
Если схема собрана правильно, то она не нуждается в настройке.
Изготовление лопастей и остальной части
Лопасти изготавливаются из ПВХ трубы диаметром в моем случае 11см и длиной 70 см. Трубу мы режем на 4 части по 90 градусов, затем одну часть мы разрезаем вдоль.
Затем все это дело размещается на плоской шайбе и прикручивается к ней. Настройка лопастей сводится к их балансировке и изменению угла изгиба в большую сторону.
К шайбе приваривается гайка которая одевается на ротор генератора, статор прикреплен к флюгеру на проволку.
Сам флюгер прикреплен к мачте подшипниками. У меня нет скользящих контактов для провода так как нет времени их делать, провод просто приклеен на скотч к мачте (за пол месяца работы он ни разу не оставался перекрученным более суток.
Прикрепленные файлы:
Александр Найденов Опубликована: 25.06.2013 0 0
Вознаградить Я собрал 0 0
Оценить статью
- Техническая грамотность
Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.
Комментарии (32) 
| Я собрал ( 0 ) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
0
0
0
0
+1
Двигатель без подшипников — это что-то новое. В любом случае там есть или подшипники скольжения или качения. Разберите уже и посмотрите. И ещё не мешало бы хотя бы элементарно почитать про ветряки, прежде чем предлагать такие плохие решения.
0
0
+1
Чего вы сразу с жесткой критикой к человеку. Идея оригинальная. Как сказали, что реализация хромает, есть такое. Но для решения «на коленке» из подручных материалов- просто супер. Из серии попробовал — получилось. Сломается — сделает более продвинутый вариант.
0
Спасибо. На счет сломается, ветрогенератор перенес очень сильный ураган с дождем и остался цел и невредим. Во время урагана я замерил показания ветряка и очень удивился, напряжение было 30-37 вольт, а сила тока 1.5 ампер.
0
И как перенс его стабилитрон пятивольтовый? Естественно сгорел.. и будет гореть постоянно, так как не может он там стоять. А шаговик принтера рассчитан для редких шагов вращения каретки, потому нормальных подшипников не имеет и развалится через месяц.
0
Для альфа-версии вполне неплохо, а в бета я бы всё-таки подумал насчёт какой-нибудь редукторной развязки оси лопастей с валом моторчика. Тут Артём:
+1
Увидел реально работающий плод самодеятельного творчества. Респект автору. Уверен, что человек с таким реалистичным (без заумности) подходом достигнет большего.
Александр не принимай всерьёз сетования на отсутствие в конструкции идеальности, ну в кайф нам углядеть соринку в глазе ближнего не замечая в своём бревно.
0
0
Ну подробности работы генератора, скажу что вообще не слышно как крутится пропеллер, генератор при 5 м/с отдает свои положенные 2.5 ватта. Так как немного улучшил конструкцию поставив редуктор. Ветряк штука нужная но нужно за ним ухаживать (смазка, краска и прочее)
За молодца спасибо, и так сейчас мало людей с прямыми руками, а тут мы хоть чего то делаем.
0
Респект и уважуха. А насчёт «реализация страдает» мужик захотел = мужик сделал, не на продажу, для своего удовольствия, с нами поделился своей радостью. Такие на пропадут и на острове и после апокалипсиса.
0
0
Если все контакты заизолированы, то на дождь шаговику пофиг. У него нет коллектора. Единственное что может помешать то это грязь.
0
Грязи там нет, так как все смывает дождем, только смазка каждый месяц и все, сейчас ветряк работает в автономном режиме и есть светодиодный фонарь который прилажен к мачте и освещает тропинку.
0
Мой ветряк очень похож на ваш. Даже лопасти такие же были, только они на морозе сломались и улетели к соседям. А схему сделал так — на выходе поставил транс и диодный мост выдает в среднем около 10 -20 вольт.
0
Порадовало. У самого такой шаговик лежит. Но чтобы именно им заняться с целью сделать ветряк, пожалуй, нужен энтузиазм. Данная реализация этой идеи настолько серьёзная, насколько она может быть. Читал раньше о создании ветряков на неодимовых магнитов и мимолётом наткнулся на такой факт, что осевая часть ветряка расходует энергию ветра неэффективно, поэтому стараются ставить на ось обтекатель. Ну и факт об ураганном ветре лишний раз напомнил о том, что нужна какая-то защита от такой мощи ветра. В общем, это не руководство к действию — только размышления, для маленького шаговичка 2 Вт уже неплохо — на неодимах большие ветряки могут выдавать 100-150 Вт, но это затратнее и немного более хлопотно.
0
0
У вас присутствует принципиальная ошибка в реализации. Нужно уменьшить диаметр ротора примерно в 2 раза и увеличить кол-во лопастей. Минимум 3 или 5 (четное число не рекомендуется). Еще бы неплохо отпрофилировать лопасти так, что бы угол у комля был порядка 45градусов а на концах лопастей 5-7 Таким образом вы увеличите частоту вращения при малом ветре. А для вашего ротора можно поставить легкоходный повышающий редуктор (правильно мультипликатор) например от двигателей привода штор (марку не помню). В общем пойдет любой качественный редуктор на подшипниках с коэфициентом 1:3 — 1:5. При этом на выходе получите почти линейно-увеличенную в столько же раз мощность. Суть вашей ошибки такова, при большом роторе скорость вращения низкая. Шаговик выдаст хорошую мощность (определяется толщиной провода статора и силой магнитной системы). На вид — шаговик от принтера/сканера. А там стоят минимум ватт 10 а в старых и по 40-50 ватт.
0
0
Да даже не знаю сколько у него вольт. Обычный шаговичек из принтера наверно 12-38 вольт, что-то среднее.
0
Попробовал собрать что-то похожее, 2 лопасти по см 50 где-то. Но ось ротора отдельно (3 опоры, смазываемые), а генератор отдельно. в качестве гондолы генератора взял большую консервную банку. На вид неплохо получилось, только на очень хорошем ветре дает0,4-0,3ватта, Несмотря на передачу ~1:5 по диаметру шкивов. В чем проблема? мотор маловат? Или гнаться за скоростью, увеличивать отношение? Если надо менять мотор, посоветуйте, что поставить? Ответьте, пожалуйста.
0
В качестве генератора попробуйте поставить мотор от хлебопечки. Он способен выдать 270 ватт при 1700 оборотах.
0
Здравствуйте! Хочу построить ветрогенератор, на основе шагового двигателя. В планах, заряжать днем мотоциклетный аккумулятор, а ночью освещать карниз дачного домика автомобильной светодиодной лентой (12 В) .Нуждаюсь в помощи. Внимание вопросы:
1) Двигатель, как на картинке PL42H48-2.4-4 ( http://purelogic.ru/doc/PDF/SM/PL42H48-2.4-4.pdf ), я считаю достаточно мощный, но хватит ли его для заряда мотоциклетного аккумулятора?
2) Поскольку ШД двухфазный, хочу использовать два диодных моста. В наличии есть два КЦ405Д, использовать их? или из-за неэнерффективности взять диоды Шоттки? Велика ли разница в потерях?
3) Со светодиодной лентой, а также потребляемой мощностью на метр ленты, не определился. Приблизительно нужно 10-15 метров ленты. Буду рад, если что-нибудь посоветуете.
4) Если, напряжения не будет достаточно, для заряда АКБ, можно ли использовать симметричный умножитель напряжения, при помощи конденсаторов, если да, то каких?
5) Для справки, через диодный мост КЦ , накрутил пальцами вал шагового двигателя, на 20 Вольт, снятые с конденсатора 470 мкФ (50В).
6) Влияют ли негативно на АКБ (12 В) разное генерируемое напряжение, в зависимости от силы ветра? будет ли его заряжать напряжение до 12 В? слышал что Аккумуляторы 12-ти вольтовые заряжают 15 вольтами? нет? Может в схему нужно поставить стабилизатор напряжения на 12, 15 В?
7) Хочу поставить фоторезистор, чтобы с наступлением сумерек включалась светодиодная лента, а с рассветом — отключалась, получится ли?
8) Если, светодиодная лента, АКБ, и Шаговый двигатель соединены параллельно, то не получится ли такой ситуации, что ШД вырабатывая Напряжение больше 12 вольт, спалит ленту, а не пойдет вся энергия за заряд АКБ?
9) Какой конденсатор применить для сглаживания пульсаций после диодного моста? Планирую 1000 мкФ.
10) И вообще, хватит ли мотоциклетного АКБ для того чтобы светодиодная лента горела всю ночь?
Буду ОООччень сильно благодарен за ответ. Если получиться разработать, обязательно создам статью. Благодарю!
0
1) двигатель как генератор подойдет, с него можно снять около 1.1-1.5 ампер, напряжение не помню какое
2) используйте то что есть, потери не так критичны
3) смотря какая лента стандарт вроде 5 вт/м
4) симметричный умножитель да можно но потери все же будут, конденсаторы используйте большой емкости
5) так как вы столько накрутили то вполне может хватить для заряда аккумулятора
6) аккумуляторы кислотные и щелочные неприхотливы в подзарядке, так что не бойтесь и заряжайте хоть от 18 вольт ничего не случится, стабилитрон только увеличит потери
7) будет очень даже отлично, ведь вдруг забыл выключить свет и аккумулятор сел еще до того как успеет подзарядится
8) светодиодная лента работает даже при напряжении 30 вольт так как светодиоды стабилизируют напряжение а резисторы его ограничивают.
9) емкость также не критична, добавьте еще 1 пленочный конденсатор на 1 мкф
10) да конечно хватит
0
Вы, хоть понимаете, что пишете? Или пишете для того, чтобы человека поддержать в его начинаниях и он, потратив деньги на комплектующие для своей системы, в конечном итоге получил абсолютно неработоспособную вещь? Вы отвечаете: «Двигатель, как генер подойдет» — да, подойдет, но откуда вы взяли 1,1-1,5А? Это при каком напряжении? При какой скорости вращения ротора? Далее пишете: «Стандарт мощности 1м ленты, вроде, 5Вт. » — стандарта мощности тут нет, а ленты бывают и около 5Вт и около 14Вт, и около 7Вт на метр и др., а это очень большой разброс. Продолжаем: «Так как вы столько накрутили то вполне может хватить для заряда аккумулятора» — это, вообще, что означает? То, что чем сложнее, навороченнее и запутаннее схема, тем больше ее отдача и эффективность? Полная ерунда. Для зарядки 12В мотоаккума нужно около 14-15В при токе примерно 0,6-0,7А (для емкости примерно 7А/ч). Вы уверены, что система способна долговременно выдавать такие параметры? Ведь, чтобы зарядить разряженный аккум мотоцикла, 2-3-х часов не хватит. Считаете, также, что заряжать можно и от 18В? Да, можно, но электролит выкипит через неделю, если не раньше, и пластины посыпятся. Хороша рекомендация! Неприхотливы в зарядке — это не означает, что их можно заряжать любым напряжением. Далее Вы пишете: «Будет очень даже отлично, ведь вдруг забыл выключить свет и аккумулятор сел еще до того как успеет подзарядится» — говорите так, будто зарядка аккума происходит только в светлое время суток))) Это ветряк, а не солнечная батарея. При правильно работающей системе, при постоянном ветре, аккум вообще не должен разряжаться, если даже забыли выключить свет. Но идея фотоэлемента сама по себе хороша с точки зрения автоматизации. Далее: светодиодная лента, наверное, будет работать, как Вы говорите, и при 30 вольтах, однако, долго ли? Сопротивления ограничивают ток, да, но он же будет расти пропорционально повышению напряжения, а не оставаться постоянным! Диоды очень не любят превышения рабочего тока. Так, что результат известен: перегрев диодов и, как следствие, резкое снижение срока эксплуатации, либо выход их из строя крайне быстрый. Следом пишете: «Емкость также не критична, добавьте еще 1 пленочный конденсатор на 1 мкф» — для чего? Это что, фильтр помех? Почему тогда 1мкФ? И зачем там вообще фильтр? А, если не фильтр, а сглаживающий пульсации элемент, то тут как раз его емкость критична! Емкость — это основной параметр конденсатора вообще-то. А 1мкФ — это пустое место для описанной человеком системы, ничего он не сгладит. Даже 1000мкФ, которую хотел установить автор вопросов — очень мало для его задумки. Я бы понял, если бы это было 5000-7000 или даже 10000мкФ, а то и больше. В конце человек спрашивает, хватит ли мотоаккума, чтобы лента светилась всю ночь, и Вы отвечаете, что, мол, конечно, хватит. Вы изучали физику в школе? Или еще изучаете? Это было Ваше предположение пальцем в небо или хоть какой-нибудь элементарный расчет? Давайте прикинем очень грубо: человек писал, что хочет установить 10-15м ленты. Даже, если взять минимальные значения, т.е. 10м ленты мощностью 5Вт/м, то путем нехитрых подсчетов получаем 50Вт мощности. Поделив мощность ленты на напряжение аккума (примерно 12,8В) получим ток: 50/12,8=3,9А. Емкость обычного мотоаккума примерно равна 7А/ч. Т.о. можно прикинуть, сколько времени проработает лента от полностью заряженного аккума: 7/3,9=1,79ч=1ч 47мин., т.е. почти два часа. Это далеко не вся ночь. К тому же, в расчет взяты минимальные параметры и, если длина ленты или/и ее мощность будут больше, соответственно время работы от аккума пропорционально уменьшится. Вот, как-то так.
Я бы не стал всего этого писать, но дело в том, что лента стоит денег, аккум и фотореле тоже. И деньги это немалые, а чел, получивший одобрение и поддержку своей идеи в комментах людей, не понимающих сути и нюансов процесса, радостно побежит в магаз, потратит деньги на комплектующие, а в итоге получит систему, неработоспособную в принципе, изначально. Не надо давать советы, не разбираясь в вопросе!
Источник https://acdc.foxylab.com/windgen
Источник https://energo.house/veter/vetrogenerator-iz-shagovogo-dvigatelya.html
Источник https://cxem.net/greentech/greentech29.php