2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель как ветрогенератор

Самодельный ветрогенератор из асинхронного двигателя

Дата публикации: 22 февраля 2019

  • Принцип работы асинхронного двигателя и генератора
  • Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя
  • Тестирование генератора
  • Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора
  • Преимущества и недостатки ветрогенератора 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

Работа ветрового генератора основана на преобразовании энергии ветра в электрическую энергию. Преобразование осуществляется путем передачи кинетической поступательной энергии ветровых потоков (№1 на схеме), во вращательное движение (№2 на схеме) лопастей ветровой установки («В» на схеме). В свою очередь вращательное движение лопастей, посредством механической передачи (устройство вторичного вала и редуктора), передается на вал электрического генератора («G» на схеме), вырабатывающего электрический ток (№3 на схеме).

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.

Читать еще:  Ваз 217230 какой двигатель

Рассмотрим основные этапы переделки

Вначале подбирается необходимый электродвигатель: он должен быть низкооборотистым ( не более 1300 мин-1), имеющим 3 или 4 пары полюсов.

Проточка ротора двигателя под установку магнитов

Заключается в уменьшении диаметра ротора под высоту устанавливаемых магнитов. Здесь возможны варианты: если имеющиеся в распоряжении магниты – недостаточно сильные, то дополнительно необходимо выточить и одеть на ротор переходную металлическую втулку, с помощью которой значение наводимой магнитной индукции окажется достаточным для того, чтобы не допустить рассеивания магнитного поля. В ином случае никаких других работ по переделке ротора производить не нужно. Проточенный под установку магнитов (при наличии втулки) ротор имеет вид, представленный на рис.1.

Расчёт необходимого количества магнитов и их монтаж

Для этого сначала определяется длина окружности ротора после его переточки, которая будет соответствовать высоте втулки:

L=πD , где D – диаметр ротора.

Требуемая толщина магнитов t должна быть в пределах t=(0.1…0.15)D. Далее рассчитывается количество секций n, в каждой из которых магниты будут устанавливаться с одинаковым полюсом:

n=L/p, где p – количество полюсов электродвигателя.

Для окончательного решения вопроса определяют количество магнитов, которое сможет уместиться в одном полюсе, чтобы потом равномерно и с наибольшей плотностью распределить их по всей высоте втулки. Смещение магнитов при их наклейке принимается равным толщине одного магнита. Для приклеивания лучше всего применять эпоксидный клей. Внешний вид втулки с магнитами в сборе, одетой на ротор, представлен на рис.2.

Проверка работоспособности генератора

После сборки ветрогенератора из асинхронного двигателя необходимо проверить на фактически развиваемую выходную мощность, поскольку после наклейки магнитов, а также вследствие увеличения массы ротора, параметры электромашины изменяются. С этой целью ротор генератора необходимо привести во вращение со скоростью, соответствующей номинальной скорости вращения переделанного электродвигателя.

Для этого можно использовать обычную электродрель, а на выходе подключить любую доступную нагрузку, например, электролампочку. Изменяя мощность подключаемых ламп, а также число оборотов дрели, можно установить практическую работоспособность ветрогенератора и зависимость вырабатываемого напряжения от количества оборотов ротора. Контрольная установка в различных вариантах её подключения представлена на рис.3.

Изготовление исполнительной части ветрогенератора

Она должна состоять из лопастей винтов, поворотной оси и стойки, на которой закрепляется вся конструкция. Лопасти (см. рис.4) можно изготавливать из полихлорвиниловой трубы диаметром 150…200 мм. Далее под готовый ветрогенератор из асинхронного двигателя изготавливается стойка, которая должна иметь поворотную ось, собранную на подшипниках качения. Готовая конструкция исполнительной части ветрогенератора с винтом диаметром 1,7 м представлена на рис. 5.

Ветряки с вертикальной осью

Конструктивное исполнение лопастей роторных ветроэлектростанций отличается разнообразием.

Читать еще:  Что такое композитный двигатель субару

Это обусловлено поиском наиболее рациональной формы лопатки, использующей максимальную энергию ветра.

Кроме формы лопастей и ориентации вала ротора, вертикальные ветряки мало чем отличаются от горизонтальных. До недавних пор, они в КПД, передавая потребителю 35% энергии ветра.

Крыльчатка – ловец ветра

Именно с неё начнём делать нашу ветряную электростанцию. Потому что эта деталь среди всего комплекса работ самая трудоёмкая, хоть и сложного здесь ничего нет. Собственно говоря, это единственная составная часть, от начала до конца требующая её создания своими руками. Всё остальное – уже готово, только подсоединить провода, соорудить опору, укрепить установку и ждать первого дуновения ветерка. Считайте, что ветрогенератор готов к работе.

Приступаем. Вид крыльчатки, габариты всей установки видны на схеме (см. рисунок, его можно увеличить). Лопасти можно сделать из фанеры, из тонкой железной пластины, из дюралюминия, пластика. На ваш выбор. Что есть под рукой в нужном количестве, то и выбирайте. Единственное требование к результату этого этапа работы – изделие должно быть максимально лёгким, строго симметричным, чтобы при вращении не было толчков.

Если вы предпочли сделать четыре лопасти из тонкого железного листа, то по вертикальному краю каждой лопасти для жёсткости укрепите шестимиллиметровой проволокой, а если выбрали фанеру, то в конце изготовления тщательно пропитайте её горячей олифой.

Четыре крестовины, на которые крепятся лопасти, удобнее всего сделать из стальных полосок сечением 5 на 60 мм. Они будут служить более продолжительное время, чем деревянные. В качестве вертикальной оси электростанции надо использовать стальную трубу диаметром не менее 30 мм и длиной 2 метра. Здесь всё зависит от размера двух шарикоподшипников, под которые надо выбирать диаметр осевой трубы. В нижней части трубы прикрепите два шкива разного диаметра. Через ремень вращение будет передаваться на ветрогенератор, укреплённый рядом с установкой. Не забудьте надёжно укрыть приборы от атмосферных осадков в металлическую коробку. Можно деревянную.

Осталось сваркой приварить к оси стальные крестовины ротора, к которым прикреплены лопасти ветряка. Тщательно измерьте расстояние от оси до каждой лопасти. Оно должно быть равным. После сбора ротора покройте его масляной краской.

Изготовление станины изучите по схеме (см. рисунок). Здесь ничего сложного нет. Чтобы она была устойчива при любом напоре ветра, желательно все четыре точки соприкосновения с поверхностью залить бетоном.

При ветре до 10 м/сек и при использовании автомобильного генератора такая установка будет давать мощность 800 ватт. Не забывайте снабдить ветрогенератор мощным аккумулятором, что даст возможность более длительное время пользоваться энергией при полном безветрии.

Поскольку электростанция предназначена для работы у поверхности, значит важно выбрать место для её расположения. Оно должно быть открытым, возвышенным, ничто не должно препятствовать движению воздуха в радиусе 40-50 метров от установки.

Монтаж устройства на местности

Чтобы ветровая электростанция заработала, ее надо правильно установить. Это можно сделать, если закрепить лопасти болтами и соединить конструкцию с валом двигателя.

Читать еще:  Двигатель honda dio не заводиться

После этого нужно установить саму турбину. Разместить ее можно на обычной доске – подставке из дерева. Размер основания не так важен, главное — чтобы в итоге конструкция оказалась устойчива.

Чтобы защитить двигатель от дождя, можно сделать специальный щит из пластиковый трубы, оставшейся у вас после изготовления лопастей.

Для хвостовой части машины, которая будет направлять ее в нужном направлении ветра, можно использовать обычный алюминиевый лист.

Он достаточно прочный и тяжелый, чтобы поворачивать конструкцию.

Чем выше находится ветрогенератор, тем более эффективно он работает.

Обычно под него сооружают специальную башню, сверху которой происходит установка машины.

Эта вышка позволяет устройству улавливать ветер и свободно вращаться.

Башню делают из длинной тонкой трубы диаметром 2.5 см.

Чтобы получить главное устройство, нужно подключить фланец из железа на расстоянии 19 см от места, где кончается генератор, и установить в него железную трубу.

Здесь будут сквозь центр трубы провода устройства будут проходить: к основанию башни.

Чтобы сделать основание для башни, нужен лист фанеры – из него вырезается круг диаметром около 60 см.

В середине устанавливается тройник, а в самом диске высверливаются отверстия, где будут стальные вставки – они нужны для прочной фиксации всей конструкции на земле.

Перед установкой рекомендуется тщательно отшлифовать все элементы ветрогенератора, а также закруглить углы – это улучшит аэродинамические свойства машины.

Деревянные части ветрогенератора покрываются несколькими слоями краски.

Труба, из которой вы будете собирать башню, может быть цельная или разбираться – это не принципиально.

Главное – ее длина. Она должна быть не менее 3 метров. Закрепить трубу можно с помощью обычных веревок с хомутами.

После того, как башня установлена и тщательно закреплена, на нее можно устанавливать ветрогенератор.

Провода для подключения должны быть протянуты сквозь трубу и не видны снаружи. С контроллером они соединяются через проделанное заранее отверстие.

На этом создание и сборку ветрогенератора можно считать законченной. Если вы все сделали правильно, то устройство должно работать и давать стандартные 12 вольт при слабом ветре.

Затраты на создание ветрогенератора минимальны – обычно не более 15 тысяч рублей.

Многие элементы, такие, как аккумулятор стиральной машины или части шуруповерта, можно найти у себя в гараже – значит, они обойдутся вам бесплатно.

Для сравнения, покупной ветрогенератор будет стоить около 50 000 рублей.

С другой стороны – вам не придется тратить время на его сборку и установку, которая может отнять много сил, особенно, если у вас мало опыта в подобных работах.

Какой бы вариант вы ни выбрали, установка ветрогенератора положительно скажется на экономии электроэнергии в вашем доме, поэтому, если погодные условия вашего региона располагают, не затягивайте с его устанокой.

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты