Ветрогенератор на неодимовых магнитах своими руками: Товар не найден

Ветрогенератор Ленца – простая и эффективная конструкция для получения электроэнергии. Ее можно смело использовать как в качестве самостоятельного источника питания, так и в сочетании с централизованным электроснабжением. В основе действия ветрогенератора лежит закон электромагнитной индукции Лоренса – Ленца. Вращение лопастей осуществляется за счет подъемной и импульсной силы. Магнитное поле, что образуется вследствие вращения, вырабатывает электроэнергию. Кроме того, оно удерживает ротор «на весу» с незначительной опорой на основу. Лопасти вращаются в плоскости параллельно земной поверхности, поэтому они реагируют на любое направление ветра и работают в сравнительно интенсивном режиме.

В числе основных достоинств ветрогенератора Ленца стоит отметить:

износостойкость;
легкость старта, реагирование даже на ветер средней силы – от 0,17м/с;
бесшумную работу конструкции;
отсутствие электромагнитных излучений, негативно влияющих на работу чувствительных приборов и оборудования;

легкость и простоту в эксплуатации и обслуживании;
возможность самостоятельно изготовить работоспособную и эффективную конструкцию из подручных материалов;
высокий коэффициент полезного действия;
экологичность и безопасность конструкции;
стойкость к механическому воздействию резких порывов ураганного ветра.

Содержание

Вариативность конструкции ветрогенератора Ленца

Количество лопастей может составлять от двух и более. Увеличение их числа позволяет конструкции реагировать даже на слабые порывы ветра, но такое устройство развивает относительно небольшую скорость. И, напротив, по мере уменьшения количества лопастей скорость вращения генератора увеличивается. Но запустить его в работу можно только при относительно сильном ветре.

Материалы, необходимые для изготовления ветрогенератора

Чтобы самостоятельно изготовить ротор Ленца, вам потребуются:

фанера толщиной до 10 мм;

стальная лента с отверстиями под крепления;
металлический стержень 60 см с диаметром 10 мм;
листовой металл или пластик, который можно легко раскроить в домашних условиях;
9 отрезков древесины размером приблизительно 450*25 мм;
автомобильная ступица;
набор неодимовых магнитов;
медная проволока;
болты и гайки разных размеров.

Последовательность изготовления и сборки ветрогенератора на неодимовых магнитах своими руками

Общий план работы выглядит следующим образом:

из фанеры с помощью картонных заготовок вырезаются детали лопастей;
собирается лопастной механизм;
подготавливается осевой стержень, на котором будут размещены лопасти;
монтируется конструкция из неодимовых магнитов и статор с катушками;
система собирается и подключается в работу.

После подготовки всех материалов можно приступать к раскрою и сборке основных деталей ветрогенератора Ленца:

С помощью лобзика вырезаем из фанеры шесть заготовок половин лопастей – по две на каждую лопасть.
В заготовках лопастей рассчитываем по два отверстия для установки крепежных планок и вырезаем их с помощью лобзика. Концы каждого крыла фанерных деталей соединяем с помощью планок, длина которых равна высоте крыла. Если крепежные планки выступают за пределы лопастей, их следует аккуратно подрезать.
Зафиксировать планки внутри лопастей можно с помощью шурупа. Если вы переживаете за сохранность конструкции, можно дополнительно проклеить отверстия с планками.
Как правило, заостренные концы лопастей повернуты относительно центра конструкции на 9 градусов. По расчетам Ленца такой показатель обеспечивает оптимальное вращение конструкции. Но возможно изменить параметр угла в ходе тестирования готового генератора, если лопасти выбранного вами размера лучше вращаются под другим углом.

Процесс отделки лопастей с помощью металлического или пластикового листа осуществляется следующим образом:

Оптимальным будет оборачивание не только переднего, но и обратного края крыла, тем более что необходимо защитить фанеру от неблагоприятного внешнего воздействия.
Из рулона или листа вырезается два по высоте лопастей и по ширине, равной ширине крыла с запасом. Каждый отрезок крепится на соединительные планки с помощью винтов прямо вдоль срезанного края.

Сборка конструкции ротора на неодимовых магнитах

Выбор автомобильной ступицы в качестве основы ротора оправдан ее высокой прочностью и подходящими размерами. После очистки поверхности от грязи необходимо разметить деталь, разделив ее на 20 частей. Это необходимо для равномерного распределения магнитов по окружности ступицы. Стандартный размер магнитных элементов – 25*8мм. Их количество и размеры могут меняться в любую сторону, в зависимости от параметров всей конструкции.

Перед наклеиванием магниты необходимо разметить таким образом, чтобы после установки на ступицу они были направлены друг к другу противоположными полюсами. Образующаяся при этом сила притяжения будет достаточной для удержания и вращения конструкции ветрогенератора. Разметка должна быть максимально точной, добиться нужного эффекта не удастся. Зафиксировать магнит на диске можно с помощью супер клея и заливки эпоксидной смолой. Для предотвращения ее растекания по краю диска и формируют барьер из пластилина или скотча.

Статор представляет собой неподвижный элемент с силовой обмоткой, где индуцируется ток. Его можно изготовить из фанерного листа круглой формы, по окружности которого размещены катушки из медной проволоки. Их можно делать круглыми или придавать вытянутую форму таким образом, чтобы внутри катушки помещался магнит выбранных размеров. Толщина конструкции статора должна быть равна толщине магнитных элементов. После размещения по поверхности диска концы проводов катушек выводятся за пределы фанерного диска и соединяют между собой. Катушки укладывают на фанеру на слой стеклоткани и заливают слоем эпоксидной смолы. Статор и ротор соединяют соосно с минимальным расстоянием, чтобы ротор с магнитами свободно вращался, не цепляясь за медные катушки.

Сборка самодельного ветрогенератора Ленца

Для установки генератора мастера советуют использовать поддерживающую конструкцию, чтобы крылья свободно вращались под воздействием ветра. Решением проблемы может стать L-образный металлический кронштейн достаточной прочности. Его меньшая часть закрепляется на вале двигателя от стиральной машины или небольшой бытовой техники, а на длинную часть устанавливается конструкция с крыльями. Все элементы надежно соединяются болтами.

Читайте также: Носледние новости Украины России и мира сегодня.

конструкция ротора ветряка с аксиальным генератором. Рассмотрим основные этапы постройки ветряка

Многие мечтают создать для ветротурбины генератор своими руками. Достать стальную электротехническую холоднокатанную анизотропную ленту не всегда возможно. По этой причине рассмотрим способ изготовить сердечник статора с подручных материалов. Такие генераторы просты в изготовлении и достаточно эффективны.

Вот один из примеров, как создать торцевой аксиальный генератор для ветротурбины. Для изготовления статора могут подойти пластины от старых 110 вольтовых звуковых трансформаторов. На рынке их достаточное количество и пластины у них легко отделяются друг от друга.

В качестве магнитов используем диски размером 19х4 мм, соответственно этим размерам рассчитываем и размеры статора. Размечаем на бумаге контуры статора. По всей окружности должно равномерно разместиться 24 зуба (8 катушек на 3 фазы), и соответственно 16 выводов с каждой группы. В результате внешний диаметр статора составляет 145 мм, а внутренний – 105 мм. Заполняем пространство между внешним и внутренним диаметром пластинами, которые соединяем между собой при помощи суперклея.

Результатом нашей работы получилась вот такая заготовка статора.

Наклеиваем ее на фанеру и пропитываем эпоксидной смолой. Когда конструкция высохнет, необходимо ножовкой удалить все ненужные части фанеры, оставив немного с внутренней стороны, а также внешний ободок. Он будет использоваться в качестве площадки для крепления. Сами зубцы аккуратно обрабатываем напильником. Чтобы во время обработки пластины не отделялись от общей конструкции, каждый обрабатываемый зуб обжимаем небольшой струбциной. Все работы должны выполняться очень внимательно.

Ведь даже несколько небольших острых выступов могут повредить изоляцию провода. Если есть возможность, лучше на зубцы надеть усадочную трубку. Каждому известно, что процесс переделывания всегда намного труднее, чем изготовление.

Катушки лучше наматывать непосредственно на месте, чем отдельно с последующим надеванием на зуб. В этом случае она будет плотнее прилегать к пластинам статора, и устройство в целом будет иметь лучшие электротехнические показатели. Провод для катушек лучше выбирать 0,7 мм. Есть возможность делать обмотки проводом 0,5 мм, но тогда генератор будет выдавать ток меньшей величины, когда напряжение будет достаточным в обоих случаях. Чем плотнее витки провода будут прилегать друг к другу, тем будет лучше, поэтому спешить и делать все быстро, но не совсем качественно, не рекомендуется.

Готовый статор устанавливаем на ступицу. В качестве ее может служить часть помпы от Уазика. Конструкция в этом случае будет прочная и более легкая, чем использование деталей от других автомобилей, например Ваз 2108.

Обмотки генератора соединяются по схеме «звезда». Зачастую проверить дома готовое изделие на стенде нет возможности, но существует более примитивный метод, которым возможно сделать приблизительные измерения. На спицы наматывается веревочка. Когда за нее тянуть не очень сильно, на выходе будет ток около 6 А. Если приложить больше усилий, есть возможность увеличить ток до 11,5 А и напряжение 12,4 В.

Когда основные работы сделаны, к изделию крепятся три лопасти по 1,7 м и все вместе закрепляется на открытой местности. Вес изготовленной конструкции не превышает 4 кг. Изделие, конечно, имеет некоторые недостатки, так как собрано из подручных средств. В частности площадь магнита больше площади зуба. Но даже в данном варианте, когда скорость вращения за минуту достигает 900 оборотов, мощность на выходе становит не менее 200 ватт.

Трёхфазный ток. Преимущества при генерации и использовании Как поставить розетку

В этом разделе размещены самодельные ветрогенераторы, сделанные на основе дисковых,аксиальных генераторов. Главная особенность и преимущество таких генераторов это полное отсутствие магнитного залипания. Статор не содержит железа, катушки просто залиты эпоксидной или полиэфирной смолой. Но в отличие от классических генераторов с железными статорами, магнитов в такой генератор требуется как минимум в два раза больше — чтобы получить такую-же мощность. Зато ветрогенераторы с такими генераторами стартуют на малой скорости ветра.

Генератор 24 вольта 500 ватт

В этой статье фото и описание изготовления аксиального генератора для работы на АКБ 24 вольта. Есть данные по оборотам и мощности, также к нему рассчитан винт диаметом 2.1м из ПВХ трубы 315мм

Фото-отчёт ветрогенератор с дисковым генератором

Изготовление моего пятого ветрогенератора, генератор я делал дисковый для него. Магниты использовал размером 50*30*10 мм, ставил по 8 штук на диск. Статор имеет 12 катушек намотанных проводом 1,06 мм

Изготовление ветрогенератора 1.5 кВт

Описание изготовления ветрогенератора мощностью 1500 ватт 48 вольт.

Автор этого ветрогенератора Геннадий Заборовский г. Самара. Конструкция этого генератора отличается от классической, сам генератор закрыт оригинальным корпусом, диски больше статора, и сам статор закреплён внутри, а не снаружи, в общем подробности в статье.

Ветрогенератор 2кВт для дома

Небольшая история о том как и почему строился ветрогенератор, что нужно учитывать новичкам и как все получилось. В статье нет расчетов и подробных фотографий изготовления, статья немног не об этом, зато есть рассказ автора ветрогенератора о том как сделать ветрогенератор и нужен ли он, насколько это сложно. Так-же есть фото его ветрогенератора

Аксиальный ветряк из подручных материалов

Еще один ветрогенератор, собранный из подручных материалов поднят на ветер. Раньше у меня уже были попытки делать такие ветрогенераторы. Но в этот раз я хотел сделать более качественный и долговечный ветрогенератор, чтобы он долго служил и выдавал постоянно около 30-50ватт/ч электроэнергии для зарядки аккумулятора.

Красивый ветрячек получился

Еще немного фотографий изготовления дискового ветрогенератора своими руками. Хоть сам ветрогенератор и не получился из-за банальных ошибок, но зато подход к делу и основательность радует, хорош внешний вид ветрогенератора. Деревянные лопасти, складывающийся хвост, крепкая мачта на растяжках, все это прокрашено.

Как сделать аксиальный ветрогенератор

В статье на конкретном примере описывается процесс создания аксиального ветрогенератора на автомобильной ступице. Для генератора было сделано несколько статоров, особенностью последнего статора является применение сердечников в катушках статора для увеличения мощности.

Аксиальный генератор на ферритовых магнитах

В генераторе использовались обычные ферритовые магниты, из-за невысокой мощности магнитов катушки генератора содержат по 325 витков проводом 0,5мм. Генератор трехфазный 20 полюсов и 15 катушек. Мощность небольшая, всего около 30 ватт на больших оборотах.

Ветрогенератор 20-ти полюсной на магнитах 20*5мм

Фото отчет с кратким описанием процесса создания самодельного ветрогенератора. В основе лежит ступица от прицепа «Зубренок» , поворотная ось так-же сделана из автомобильной ступицы. Генератор трехфазный, 20 полюсов и 15 катушек намотанных проводом 0,7мм по 70 витков. Винт двухлопастной, сделан из ПВХ трубы.

Маленький ветряк на 30ватт

Небольшой двух-лопастной ветрогенератор был построен как тестовая уменьшенная модель, чтобы выдавала на аккумулятор до 1А. В итоге генератор получился удачным, и в будущем планируется построить большой аксиальный ветрогенератор.

Мини ветрогенератор 20ватт/ч

Этот небольшой ветрогенератор делался ради опыта, чтобы возможно в дальнейшем сделать большой и мощный ветрогенератор. Мощность генератора сейчас порядка 50ватт/ч, но это после некоторых улучшений, в частности изготовления нового статора, потом были еще эксперименты и модернизация.

Дешевый мини ветрогенератор для зарядки АКБ

Простейшие мини ветрогенераторы аксиального типа, делать много маленьких проще чем один большой. Каждый такой ветрячек заражает свой аккумулятор напрямую, а слабый ток позволяет не следить за процессом зарядки без контроллера, так-как не вредит АКБ.

Небольшой много-полюсной генератор 50 ватт

В генераторе использовались магниты от первого ветряка, так-как магниты небольших размеров, было решено поднять мощность за счет увеличения числа полюсов генератора. Для проверки своих расчетов и проверки информации из интернета было изготовлено несколько статоров с разным числом катушек и фаз.

Аксиальный ветрогенератор на ступице от ВАЗ2108

Классическая конструкция аксиального генератора на автомобильной ступице. Генератор трехфазный, статор имеет 12 катушек, а на дисках ротора по 16 магнитов 25*8мм. Номинальная мощность этого генератора 100ватт/ч, на слабых ветрах на аккумулятор 2-4А.

при усилении ветра ток доходит до 12А, максимальная мощность была зафиксирована в районе 240ватт/ч.

Ветрогенераторы с необычным внешним видом

Аксиальные ветрогенераторы из автомобильных ступиц мы делаем уже давно. В этот раз мы решили придать индивидуальность и красоту нашим ветрякам, чтобы они не только заряжали наши аккумуляторы, но и радовали глаз внешним видом. В конструкции ветрогенераторов ничего особенного кроме внешнего вида нет, классический трехфазный аксиальный генератор.

Мощный ветрогенератор на основе самодельного аксиального генератора

Конструкция этого ветрогенератора специально проектировалась для работы в местности с преобладанием малых ветров. В основе ветрогенератора мы собрали мощный низко-оборотный генератор аксиального типа с бес-железным статором. Генератор собран на основе ступицы от автоприцепа, пяти-метровый винт был рассчитан и изготовлен из дерева. Подробности с множеством фотографий создания в этой статье.

Однофазный ветрогенератор аксиальный

Самодельный ветрогенератор с дисковым генератором на неодимовых магнитах. Классическая схема аксиального генератора на постоянных магнитах.

Однофазная схема, 12 катушек и по 12 магнитов на каждом диске, в итоге малыш развивает до 100ватт, а иногда и больше.

Фото отчет о строительстве сразу 3-х ветрогенераторов

В этот раз мы вместе с соседями строим сразу три аксиальных ветрогенератора на основе автомобильных ступиц. Генераторы абсолютно идентичны, мощность каждого 500ватт/ч. Эти генераторы мы делаем уже давно, такая компоновка ветрогенератора доступна для повторения каждому, так-как не требует специальных условий и инструментов для изготовления ветряка. Летом мы уже построили подобный ветряк, а сейчас усиливаем батарею ветряков.

Профессионально сделанный ветряк 2кВт

Самедельная домашняя ветровая турбина мощностью 2кВт от Итальянского мастера. Точнее сказать проффесионально сделанный дисковый аксиальный ветрогенератор приличной мошности.

В статье много фото процесса изготовления ветряка с небольшим описанием.

Неодимовый магнит – это редкоземельный металл, обладающий стойкостью к размагничиванию и способностью намагничивать некоторые материалы. Используется при изготовлении электронных устройств (жесткие диски компьютеров, металлодетекторы и т.д.), медицине и энергетике.

Неодимовые магниты используются при изготовлении генераторов, работающих в различных видах установках, вырабатывающих электрический ток.

В настоящее время генераторы, изготовленные с использованием неодимовых магнитов, широко используются при изготовлении ветровых установок.

Основные характеристики

Для того, чтобы определиться в целесообразности изготовления генератора на неодимовых магнитах, нужно рассмотреть основные характеристики данного материала, которыми являются:

Магнитная индукция В — силовая характеристика магнитного поля, измеряется в Тесла.
Остаточная магнитная индукция Br — намагниченность, которой обладает магнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю, измеряется в Тесла.
Коэрцитивная магнитная сила Hc — определяет сопротивляемость магнита к размагничиванию, измеряется в Ампер/метр.
Магнитная энергия (BH)max -характеризует, насколько сильным является магнит.
Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции Tc of Br – определяет зависимость магнитной индукции от температуры окружающего воздуха, измеряется в процентах на градус Цельсия.
Максимальная рабочая температура Tmax — определяет предел температуры, при которой магнит временно теряет свои магнитные свойства, измеряется в градусах Цельсия.
Температура Кюри Tcur — определяет предел температуры, при которой неодимовый магнит полностью размагничивается, измеряется в градусах Цельсия.

В состав неодимовых магнитов, кроме неодима входит железо и бор и зависимости от и их процентного соотношения, получаемое изделие, готовый магнит, различается по классам, отличающимся по своим характеристикам, приведенным выше. Всего выпускается 42 класса неодимовых магнитов.

Достоинствами неодимовых магнитов, определяющими их востребованность, являются:

Неодимовые магниты обладают наиболее высокими магнитными параметрами Br, Нсв, Hcм, ВН.
Подобные магниты имеют более низкую стоимость в сравнении с подобными металлами, имеющими в своем составе кобальт.
Обладают способностью работать без потерь магнитных характеристик в температурном диапазоне от – 60 до + 240 градусов Цельсия, с точкой Кюри +310 градусов.
Из данного материала возможно изготовить магниты из любой формы и размеров (цилиндры, диски, кольца, шары, стержни, кубы и др.).

Ветрогенератор на неодимовых магнитах мощностью 5,0 кВт

В настоящее время отечественные и зарубежные компании все более широко используют неодимовые магниты при изготовлении тихоходных генераторов электрического тока. Так ООО «Сальмабаш», г. Гатчина Ленинградской области, выпускает подобные генераторы на постоянных магнитах мощностью 3,0-5,0 кВт. Внешний вид данного устройства приведен ниже:

Корпус и крышки генератора изготавливаются из стали, в дальнейшим с покрытием лакокрасочными материалами. На корпусе предусмотрены специальные крепления, позволяющие закрепить электрический аппарат на несущей мачте. Внутренняя поверхность обработана защитным покрытием, предотвращающим коррозию металла.

Статор генератора набран из электротехнических пластин стали.

Обмотка статора — выполнена эмаль-проводом, позволяющим устройству работать продолжительное время с максимальной нагрузкой.

Ротор генератора имеет 18 полюсов и установлен в подшипниковых опорах. На ободе ротора размещены неодимовые магниты.

Генератор не требует принудительного охлаждения, которое осуществляется естественным путем.

Технические характеристики генератора мощностью 5,0 кВт:

Номинальная мощность – 5,0 кВт;
Номинальная частота – 140,0 оборотов/минуту;
Рабочий диапазон вращения – 50,0 – 200,0 оборотов/минуту;
Максимальная частота – 300,0 оборотов/минуту;
КПД – не ниже 94,0 %;
Охлаждение – воздушное;
Масса – 240,0 кг.

Генератор оснащен клеммной коробкой, посредством которой осуществляется его подключение к электрической сети. Класс защиты соответствует ГОСТ14254 и имеет степень IP 65 (пылезащищенное исполнение с защитой от струй воды).

Конструкция данного генератора приведена на рисунке, приведенном ниже:

где: 1-корпус, 2- крышка нижняя, 3- крышка верхняя, 4- ротор, 5- неодимовые магниты, 6- статор, 7- обмотка, 8- полумуфта, 9- уплотнения, 10,11,12- подшипники, 13- клеммная коробка.

Плюсы и минусы

К достоинствам ветрогенераторов, изготовленных с использование неодимовых магнитов можно отнести следующие характеристики:

Высокий КПД устройств, достигаемый за счет минимизации потерь на трение;
Продолжительные сроки эксплуатации;
Отсутствие шума и вибрации при работе;
Снижение затрат на установку и монтаж оборудования;
Автономность работы, позволяющая осуществлять эксплуатацию без постоянного обслуживания установки;
Возможность самостоятельного изготовления.

К недостаткам подобных устройств можно отнести:

Относительно высокая стоимость;
Хрупкость. При сильном внешнем воздействии (ударе), неодимовый магнит способен лишиться своих свойств;
Низкая коррозийная стойкость, требующая специального покрытия неодимовых магнитов;
Зависимость от температурного режима работы – при воздействии высоких температур, неодимовые магниты теряют свои свойства.

Как сделать своим руками

Ветровой генератор на основе неодимовых магнитов отличается от прочих конструкций генераторов тем, что легко может быть изготовлен самостоятельно в домашних условиях.

Как правило за основу берут автомобильную ступицу или шкивы от ременной передачи, которые предварительно очищаются, если это бывшие в употреблении запасные части и подготавливаются к работе.

При наличии возможности изготовить (выточить), специальные диски, лучше остановиться на этом варианте, т.к. в этом случае не придется подгонять геометрические размеры наматываем ых катушек к размерам используемых заготовок.

Неодимовые магниты следует приобрести, для чего можно воспользоваться сетью интернет или услугами специализированных организаций.

Один из вариантов изготовления генератора на неодимовых магнитах, с использованием дисков, специально изготовленных для этих целей, предлагает к рассмотрению Яловенко В.Г. (Украина). Данный генератор изготавливается в следующей последовательности:

Из листовой стали вытачиваются два диска диаметром 170,0 мм с устройством центрального отверстия и шпоночного паза.
Диск делится на 12 сегментов, для на его поверхности выполняется соответствующая разметка.
В размеченные сегменты клеятся магниты, таким образом, чтобы их полярность чередовалась. Для избегания ошибок (по полярности), необходимо перед наклейкой, выполнить их маркировку.
Подобным образом изготавливается и второй диск. В результате получается следующая конструкция:

Поверхность исков заливается эпоксидной смолой.
Из провода (эмаль-провода) марки ПЭТВ или аналога, сечением 0,95 мм 2 , наматывается 12 катушек по 55 витков в каждой.
На листе фанеры или бумаге, изготавливается шаблон, соответствующий диаметру используемых дисков, на котором также производится разбивка на 12 секторов.

Катушки укладываются в размеченные сегменты, где фиксируются (изолента, скотч и т.д.) и расключаются последовательно между собой (конец первой катушки соединяется с началом второй и т.д.). в результате получается следующая конструкция

Из дерева (доска и т.д.) или фанеры, изготавливается матрица, в которой можно залить эпоксидной смолой уложенные по шаблону катушки. Глубина матрицы должна соответствовать высоте катушек.
Катушки укладываются в матрицу и заливаются эпоксидной смолой. В результате получается следующая заготовка:

Из стальной трубы диаметром 63,0 мм изготавливается ступица с узлом крепления вала, изготавливаемого генератора. Вал монтируется на подшипники, устанавливаемые внутри ступицы.
Из такой же трубы изготавливается поворотный механизм, обеспечивающий ориентацию генератора в соответствии с потоками ветра.
На вал одеваются изготовленные запасные части. В результате получается следующая конструкция, плюс поворотный механизм:

Эта статья посвящена созданию аксиального ветрогенератора на неодимовых магнитах со статорами без металла. Ветряки подобной конструкции стали особенно популярны из-за растущей доступности неодимовых магнитов.

Материалы и инструменты использованные для постройки ветряка этой модели:

1) ступица от автомобиля с тормозными дисками.
2) дрель с металлической щеткой.
3) 20 неодимовых магнитов размером 25 на 8 мм.
4) эпоксидная смола
5) мастика
6) труба ПВХ 160 мм диаметром
7) ручная лебедка
8) труба металлическая длинной 6 метров

Рассмотрим основные этапы постройки ветряка.

За основу генератора была взята ступица автомобиля с тормозным диском. Так как основная деталь заводского производства, то это послужит гарантом качества и надежности. Ступица была полностью разобрана, подшипники находящиеся в ней были проверены на целостность и смазаны. Так как ступица была снята со старого автомобиля, то ржавчину пришлось зачистить с помощью щетки, которую автор насадил на дрель.
Ниже предоставлена фотография ступицы.

Затем автор приступил к установке магнитов на диски ротора. Было использовано 20 магнитов. Причем важно заметить, что для однофазного генератора количество задействованных магнитов равно количеству полюсов, для двухфазного соотношение будет три к двум или четыре полюса к трем катушкам. Магниты следует крепить на диски с чередованием полюсов. Для соблюдения точности необходимо сделать шаблон размещения на бумаге, либо начертить линии секторов прямо на самом диске.

Магниты были приклеены на диски при помощи эпоксидной смолы. Чтобы смола не растекалась за границы диска автор сделал бордюры по краям при помощи мастики, то же самое можно сделать при помощи скотча, просто обмотав колесо по кругу.

Рассмотрим основные отличия конструкции однофазного и трехфазного генераторов.
Однофазный генератор будет давать вибрацию при нагрузках, что будет отражаться на мощности самого генератора. Трехфазная конструкция лишена подобного недостатка благодаря чему, мощность постоянна в любой момент времени. Это происходит потому, что фазы компенсируют потерю тока друг в друге. По скромным расчетам автора трехфазная конструкция превосходит однофазную на целых 50 процентов. К тому же из-за отсутствия вибраций мачта не будет дополнительно раскачиваться,следовательно не будет дополнительного шума при работе ротора.

При расчете зарядки 12-ого аккумулятора, которая будет начинаться на 100-150 оборотах в минуту, автор сделал по 1000-1200 витков в катушках. При намотке катушек автор использовал максимально допустимую толщину проволоки, чтобы избежать сопротивления.
Для наматывания проволоки на катушки автор соорудил самодельный станок, фотографии которого представлены ниже.

Лучше использовать катушки эллипсоидной формы, что позволит большей плотности магнитных полей их пересекать. Внутреннее отверстие катушки стоит делать по диаметру магнита либо больше него. В случае, если делать их меньше, то лобовые части практически не участвуют в выработке электроэнергии, а служат проводниками.

Толщина самого статора должна равняться толщине магнитов, которые задействованы в установке.

Форму для статора можно сделать из фанеры, хотя автор решил этот вопрос иначе. Был нарисован шаблон на бумаге, а затем сделаны борта при помощи мастики. Так же для прочности была использована стеклоткань. Для того, чтобы эпоксидная смола не прилипла к форме, ее необходимо смазать воском или вазелином, или можно использовать скотч, пленку, которую в последствии можно будет отодрать от готовой формы.

Перед заливкой катушки необходимо точно закрепить, а их концы вывести за пределы формы, чтобы затем соединить провода звездой или треугольником.

После того, как основная часть генератора была собрана, автор измерил протестировал его работу. При ручном вращении генератор вырабатывает напряжение в 40 вольт и силу тока в 10 ампер.

Затем автор изготовил мачту для генератора высотой в 6 метров. В будущем планируется увеличить высоту мачты за счет использования более толстой трубы минимум вдвое. Чтобы мачта была неподвижна основание было залито бетоном. Для опускания и поднимания мачты было сделано металлическое крепление. Это необходимо, чтобы иметь доступ к винту на земле, так как заниматься ремонтными работами на высоте не особенно удобно.

Аксиальный ветрогенератор, который работает на неодимовых магнитах, впервые начали массово изготавливать в странах Запада. И это были вовсе не заводские изделия, а плод труда местных гаражных мастеров, поставивших себе на службу явление левитации. Серьезной популярности именно такие модели ветряка обязаны массовому распространению и дешевизне неодимовых магнитов. Постепенно комплектующие и схемы изготовления стали распространятся по всему миру и в настоящее время магнитный аксиальный ветрогенератор завоевывает признание на просторах Российской Федерации. Ниже описана последовательность создания одной из самых удачных моделей такого ветряка.

Процесс создания ротора

Основой генератора автор разработки решил сделать ступицу автомобиля с дисками тормоза, поскольку она мощная, надежная и идеально сбалансированная. Начав делать ветряк своими руками, в первую очередь следует подготовить основу для ротора — ступицу, — почистить ее от грязи, краски и смазки. После чего приступить к наклейке постоянных магнитов. Для создания данного ветрогенератора, их было использовано по двадцать штук на диске. Размер неодимовых магнитов составил 25х8 миллиметров. Однако, и их количество, и их размер могут варьировать в зависимости от целей и задач человека, своими собственными руками создающего ветрогенератор. Однако всегда будет правильным, для получения одной фазы, равенство количества полюсов числу неодимовых магнитов, а для трех фаз — выдержка соотношений полюсов и катушек — два к трем или три к четырем.

Магниты следует располагать учитывая чередование полюсов, к тому же максимально точно, но прежде, чем приступить к их наклейке, нужно либо создать бумажный шаблон, либо прочертить линии, делящие диск на сектора. Чтобы не перепутать полюса, делаем отметки на магнитах. Главное — выполняем следующее требование — те магниты, которые стоят напротив друг друга, должны быть повернуты разными полюсами, то есть притягиваться.

Магниты приклеиваются к дискам при помощи супер-клея и заливаются. Также нужно сделать бордюрчики по краям дисков и в их центре, либо намотав скотча, либо вылепив из пластилина для недопущения растекания.

Фазы — что лучше — три или одна?

Многие любители электрической техники идут по пути наименьшего сопротивления и, чтобы не заморачиваться, останавливают свой выбор на однофазном статоре для ветряка. Однако у него имеется одна неприятная особенность, нивелирующая простоту сборки, — это вибрация в нагруженном состоянии, по причине непостоянства отдачи тока. Ведь амплитуда такого статора скачкообразна, — достигая максимума, когда неодимовые магниты располагаются над катушками, а после падая до минимума.

А вот, когда генератор сделан по трехфазной системе, то вибрации отсутствуют, и показатель мощности ветряка имеет постоянное значение. Причина такого отличия заключается в том, что ток, падая в одной фазе, в то же время нарастает в другой. И в итоге, ветрогенератор, работающий в трехфазной системе, может быть более эффективным до 50 %, чем точно такой же, но использующий однофазную систему. И главное, — нагруженный трехфазный генератор не дает вибрации, следовательно, мачта не дает повода для жалоб на ветрогенератор в надзирающие органы недоброжелателям из числа соседей, поскольку не создает надоедливого гула.

Способ намотки катушки статора ветряка

Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.

Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.

Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.

Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.

Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.

Мачта для ветрогенератора

Мачту на которой будет расположен данный генератор, можно делать высотой от 6 и выше метров, чем выше, тем больше скорость ветра. Под нее следует вырыть яму и залить основание из бетона, а трубу укрепить таким образом, чтобы магнитный аксиальный ветрогенератор, сделанный своими руками, можно было опускать и поднимать. Делать это можно при помощи механической тали.

Винт ветряка

Его делают из поливинилхлоридных труб, чей оптимальный для этого диаметр — 160 мм. К примеру, ветрогенератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в два метра и шестью лопастями, при скорости ветра в 8 метров за секунду, способен обеспечить мощность до 300 Вт.

Как повысить мощность ветряка?

Для подъема можно использовать магниты. Попросту на магниты, которые уже установлены наклеить еще по одному такому же или более тонкому. Другой способ основан на установке в катушки металлических сердечников, — пластин трансформатора. Это обеспечит усиление магнитопотока в катушке, однако вызывает небольшое залипание, которое, впрочем, совершенно не ощущается шестилопастным винтом. Стартует такой ветрогенератор при ветре в 2 м/с. Благодаря применению сердечников генератор получил увеличение мощности с 300 до 500 Вт/ч при ветре в 8 м/с. Также следует уделять внимание форме лопастей, — малейшие неточности снижают мощность.

Как сделать аксиальный ветрогенератор

Рассмотрим основные этапы постройки ветряка.

Так же следует разметить магниты по полюсам маркером. Определить полюса можно поднося поочередно магниты к одной стороне проверяющего магнита, если притягивается — плюс, отталкивается- минус, главное, чтобы полюса при установке на диск чередовались. Это необходимо потому что магниты на дисках должны притягиваться друг к другу, а это будет происходить, только если магниты стоящие напротив друг друга будут разной полярности.

Магниты были приклеены на диски при помощи эпоксидной смолы. Чтобы смола не растекалась за границы диска автор сделал бордюры по краям при помощи мастики, то же самое можно сделать при помощи скотча, просто обмотав колесо по кругу.

Рассмотрим основные отличия конструкции однофазного и трехфазного генераторов.
Однофазный генератор будет давать вибрацию при нагрузках, что будет отражаться на мощности самого генератора. Трехфазная конструкция лишена подобного недостатка благодаря чему, мощность постоянна в любой момент времени. Это происходит потому, что фазы компенсируют потерю тока друг в друге. По скромным расчетам автора трехфазная конструкция превосходит однофазную на целых 50 процентов. К тому же из-за отсутствия вибраций мачта не будет дополнительно раскачиваться,следовательно не будет дополнительного шума при работе ротора.

Толщина самого статора должна равняться толщине магнитов, которые задействованы в установке.

После установки и испытаний генератора в стандартных условиях автор сделал следующие наблюдения: мощность генератора доходит до 300 ватт при ветре в 8 метров в секунду. В последующем увеличил мощность генератора за счет металлических сердечников установленных в катушки. Винт стартует уже при двух метрах в секунду.

Дальше автор приступил к совершенствованию конструкции в целях увеличения мощности генератора. Были набраны магнитопроводы из пластин, которые в последствии были установлены в конструкцию. Из-за их установки появился эффект залипания, но не очень сильный. Старт работы винта происходит при скорости ветра около двух метров в секунду.

Таким образом установка металлических сердечников увеличила мощность генератора до 500 ватт при ветре в 8 метров в секунду.
Для защиты от сильных ветров была использована классическая схема увода винта складывающимся хвостом.

В среднем генератор способен вырабатывать до 150 ватт энергии в час, которая идет на зарядку аккумуляторов.

Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Ветрогенератор на неодимовых магнитах

Среди множества вариантов применения неодимовых магнитов целая область связана с созданием электрических генераторов. Сегодня многие хозяева загородных домов в поисках дешевого источника электроэнергии ставят на участках небольшие ветрогенераторы, которые сделаны своими руками. Мы расскажем вам, как создаются такие конструкции.

Какие преимущества дает ветрогенератор?

1. Бесплатное электричество — первое и главное преимущество ветрогенератора. Соорудив такую конструкцию, вы сможете экономить энергию за счёт использования бесплатных природных ресурсов, особенно в ветреную погоду. В холодное время года это особенно актуально, поскольку сильный ветер даст больше энергии, нужной для разных приборов. Объёмы экономии делают эксплуатацию таких приборов особенно выгодной в долгосрочной перспективе;

2. Экологичность. Сегодня очень важно как минимум не ухудшать экологическую ситуацию, и на своём земельном участке — тем более. Это хорошо и для природы, и для человека;

3. Низкий уровень шума. в наши дни шумовое загрязнение — серьёзная проблема, и хорошо, если производство энергии обеспечивается бесшумно;

4. Надёжность. Простота конструкции генератора и ветер как бесконечный источник энергии делают всю затею весьма благонадежной;

5. Возможность удачного сочетания с другими источниками энергии: солнечными батареями, дизельными генераторами и прочими источниками, создавая при этом единый замкнутый цикл;

6. Дешевизна. Неодимовые магниты сегодня очень доступны, поэтому соорудить такое устройство можно с небольшими затратами.

И наконец, стоит добавить, что возможность попробовать свои силы, проявить креативность и соорудить устройство, генерирующее энергию сама по себе привлекательна.

Делаем ротор

В качестве основы используется автомобильная ступица с дисками тормоза — она мощна, хорошо сбалансирована и надёжна. Её нужно почистить от загрязнений, краски и проч., после чего приступают к наклейке постоянных магнитов. Те, которые располагаются друг напротив друга, должны быть повернуты полюсами, чтобы притягиваться друг к другу.

Их может быть 20 штук на один диск, но это зависит от того, чего вы хотите добиться. Варьируется также и размер магнитов — например, можно взять 25х8 мм, а можно больше или меньше.

Лучше выбирать прямоугольные магниты, потому что их поле будет распространяться по длине.

Перед наклейкой создаётся шаблон из бумаги либо прочерчиваются сектора на диска, чтобы точно чередовать полюса. Помогают в этом и отметки на на магнитах. Крепятся магниты при помощи суперклея, и заливаются для более надёжной фиксации. В центре дисков и по краям нужно сделать бордюрчики — из скотча или пластилина. Это необходимо, чтобы предотвратить растекание.

Одна или три фазы

Для одной фазы нужно, чтобы количество полюсов было равным числу магнитов, а для трёх, чтобы количеством полюса и катушки соотносились как 2:3 или 3:3. Однофазный ветряк собирается проще всего, но в нагруженном состоянии он вибрирует. Причина — в непостоянстве отдачи тока, скачках амплитуды стартера. В трёхфазной системе ветряк имеет постоянную мощность и вибрации отсутствуют. Отсутствие надоедливого гула — огромный плюс, особенно, если вы хотите избежать жалоб соседей.

Делаем катушки стартера

В первую очередь расчитываются стартерные катушки. Поделенные поровну между ними 1000-12000 витков подойдут для тихоходного генератора, который может зарядить аккумулятор на 12 Вольт, начиная с сотни оборотов в минуту. Чем больше полюсов, тем выше частота тока, а значит — и мощность генератора, даже при малых оборотах.

Сделать намотку можно и на оправке, и на самодельном станке. Лучше использовать толстые провода — тогда сопротивление будет ниже. Чаще всего мотают круглые катушки, но рекомендуют делать вытянутые, чтобы на в секторе было больше меди, да и витки так будут прямее. Внутри катушки остаётся отверстие, равное как минимум ширине магнитов.

Потенциал мощности своего генератора можно определить, покрутив его одной катушкой без нагрузки. Количество и толщина магнитов здесь являются решающими факторами, и итоговый показатель может заметно отличаться.

В процессе кручения при необходимом количестве оборотов и меряется потенциал мощности. К примеру, за одну минуту 200 об может выдаваться напряжение 30 В при сопротивлении 3 Ом. 12 В — это напряжение, нужное для аккумулятора, поэтому остаётся 18. Поделив это число на сопротивление, мы получим 6 Ампер — это и будет наша сила тока, идущая от ветрогенератора на зарядку АКБ. Но стоит учесть потери в диодном мосту и проводах, из-за которых реальный показатель будет несколько меньше.

Магниты и стартер должны быть одинаковой толщины. Для изготовления последнего берут фанерную форму, смазанную жиром или оклеенную скотчем. Под катушки и поверх них кладут стеклоткань (для прочности), после чего всё заливается эпоксидной смолой. Провода выводят наружу и скрепляют, а концы каждой фазы соединяют звёздочкой или треугольником.

Делаем мачту и винт

Высота мачты, на которой будет располагаться ветрогенератор, должна достигать хотя бы 6 метров высотой. Это понятно: чем она выше, тем быстрее ветер, а значит, и больше мощность.

Под мачту вырывается яма, которая заливается основанием из бетона. Труба крепится так, чтобы ветрогенератор потом можно было опускать и поднимать — здесь поможет механическая таль.

Винт ветряка делается из ПВХ-труб диаметром по 160 мм — это оптимальные параметры. Шесть лопастей и два метра диаметра способны давать до 300 Вт мощности при условии, что скорость ветра на установленной высоте будет 8 метров за секунду. В более ветреную погоду эти цифры будут больше.

Важно: малейшие неточности в изготовлении лопастей снижают мощность конструкции, поэтому их форму нужно строго соблюдать.

Если вы хотите поднять мощность своего генератора, то можно сделать следующее:

a) на уже имеющиеся магниты наклеить новые, но потоньше;

b) установить в катушки металлические сердечники — пластичны трансформатора, с которыми мощность может увеличить почти в два раза.

Второй способ позволит усилить магнитопоток в катушке. Это увеличит залипание, но для винта из шести лопастей это будет незаметно. При ветре в 2 метра за секунду такой генератор уже стартует и обеспечивает электричеством.

Вертикальный ветрогенератор своими руками — пошаговые инструкции по сборке

Здесь вы узнаете:

Вертикальный ветрогенератор своими руками — это метод преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Альтернативная энергия, получаемая от ветра — экологичный и экономичный способ.

Законность установки ветрогенератора

Альтернативные источники энергии – мечта любого дачника или домовладельца, участок которого находится вдали от центральных сетей. Впрочем, получая счета за электроэнергию, израсходованную в городской квартире, и глядя на возросшие тарифы, мы осознаём, что ветрогенератор, созданный для бытовых нужд, нам бы не помешал.

Прочитав эту статью, возможно, вы воплотите свою мечту в реальность.

Ветрогенератор – отличное решение для обеспечения загородного объекта электроэнергией. Причем в ряде случаев его установка является единственным возможным выходом

Чтобы не потратить зря деньги, силы и время, давайте определимся: есть ли какие-либо внешние обстоятельства, которые создадут нам препятствия в процессе эксплуатации ветрогенератора?

Для обеспечения электроэнергией дачи или небольшого коттеджа достаточно малой ветроэнергетической установки, мощность которой не превысит 1 кВт. Такие устройства в России приравнены к бытовым изделиям. Их установка не требует сертификатов, разрешений или каких-либо дополнительных согласований.

Для того чтобы определиться с целесообразностью устройства ветрогенератора, необходимо выяснить ветроэнергетический потенциал конкретной местности (кликните для увеличения)

Никакого налогообложения производства электроэнергии, которая расходуется на обеспечение собственных бытовых нужд, не предусмотрено. Поэтому маломощный ветряк можно смело устанавливать, вырабатывать с его помощью бесплатную электроэнергию, не уплачивая при этом государству никаких налогов.

Впрочем, на всякий случай следует поинтересоваться, нет ли каких-либо местных нормативных актов, касающиеся индивидуального энергоснабжения, которые могли бы создать препятствия в установке и эксплуатации этого устройства.

Претензии могут возникнуть у ваших соседей, если они будут испытывать неудобства, связанные с эксплуатацией ветряка. Не забывайте, что наши права заканчиваются там, где начинаются права других людей.

Поэтому при покупке или самостоятельном изготовлении ветрогенератора для дома нужно обратить серьёзное внимание на следующие параметры:

Высота мачты. При сборке ветрогенератора нужно учитывать ограничения на высоту индивидуальных построек, которые существуют в ряде стран мира, а также местонахождение собственного участка. Знайте, что поблизости от мостов, аэропортов и тоннелей строения, высота которых превышает 15 метров, запрещены.
Шум от редуктора и лопастей. Параметры создаваемого шума можно установить при помощи специального прибора, после чего зафиксировать результаты замеров документально. Важно, чтобы они не превышали установленные шумовые нормы.
Эфирные помехи. В идеале при создании ветряка должна быть предусмотрена защита от создания телепомех там, где ваше устройство может такие неприятности обеспечить.
Претензии экологических служб. Эта организация может препятствовать вам в эксплуатации установки только в том случае, если она мешает миграции перелетных птиц. Но это маловероятно.

При самостоятельном создании и монтаже устройства учите эти моменты, а при покупке готового изделия обратите внимание на параметры, которые стоят в его паспорте. Лучше заранее обезопасит себя, чем впоследствии расстраиваться.

Целесообразность устройства ветряка обосновывается в первую очередь достаточно высоким и стабильным ветряным напором в местности;
Необходимо располагать достаточно большим участком, полезная площадь которого не будет существенно сокращена из за установки системы;
Из-за сопровождающего работу ветряка шума желательно, чтобы между жильем соседей и установкой было не менее 200 м;
Убедительно аргументирует в пользу устройства ветрогенератора неуклонно повышающаяся стоимость электроэнергии;
Устройство ветрогенератора возможно только в местностях, власти которых не препятствуют, а лучше еще и поощряют использование зеленых видов энергии;
Если в регионе сооружения мини электростанции, перерабатывающей энергию ветра, случаются частые перебои, установка минимизирует неудобства;
Владелец системы должен быть готов к тому, что вложенные в готовое изделие средства не окупятся сразу. Экономический эффект может стать ощутимым через 10 — 15 лет;
Если окупаемость системы — не последний момент, стоит задуматься об сооружении мини электростанции собственными руками.

Преимущества и принцип работы ветряков

Современный вертикальный генератор – один из вариантов альтернативной энергии для дома. Агрегат способен преобразовать порывы ветра в энергетический ресурс. Для корректной работы он не нуждается в дополнительных устройствах, определяющих направление ветра.

Ветряной генератор роторного типа очень легко изготовить своими руками. Конечно, полностью взять на себя обеспечение частного крупногабаритного коттеджа энергией он не сможет, но с освещением хозяйственных построек, садовых дорожек и придомовой территории справится на отлично

Прибор вертикального типа функционирует на низкой высоте. Для его обслуживания не нужны различные приспособления, обеспечивающие безопасное проведение высотных ремонтных и обслуживающих работ.

Минимум движущихся деталей делает ветряную установку более надежной и эксплуатационно устойчивой. Оптимальный профиль лопастей и оригинальной формы ротор обеспечивают агрегату высокий уровень КПД независимо от того, в каком направлении дует ветер в каждый отдельный момент.

Малые бытовые модели состоят из трех и более легких лопастей, моментально улавливают самый слабый порыв и начинают вращаться, как только сила ветра превышает 1,5 м/с. Благодаря этой способности их эффективность часто превышает КПД крупных установок, нуждающихся в более сильном ветре

Генератор работает абсолютно бесшумно, не мешает хозяевам и соседям, не создает вредных выбросов в атмосферу и надежно служит в течение многих лет, аккуратно поставляя энергию в жилые помещения.

Вертикальный генератор ветрового типа работает по принципу магнитной левитации. В процессе вращения турбин образуются импульсная и подъемная силы, а также сила фактического торможения. Первые две заставляют крутиться лопасти агрегата. Это действие активирует ротор и он создает магнитное поле, вырабатывающее электричество.

Ветряк, имеющий вертикальную ось вращения, по эффективности уступает своим горизонтальным аналогам. Зато не предъявляет претензий к территориальному расположению и полноценно работает практически в любом удобном для домовладельцев месте

Прибор функционирует полностью самостоятельно и не требует вмешательства хозяев в процесс.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения

В ветряных генераторах данного вида вращающаяся ось генератора расположена вертикально по отношению к поверхности земли.

За годы использования устройств данного вида появились разнообразные конструкции которые объединены в группы, это:

С ротором Дарье — агрегаты оснащаются двумя или тремя лопастями, изогнутыми в форме овала.

К положительным особенностям данной конструкции можно отнести:

Самостоятельную ориентацию по отношению к воздушным потокам;
Удобное обслуживание установки.
Простота схемы агрегата.

К отрицательным относятся:

Нет возможности в самостоятельной раскрутке лопастей;
Значительная нагрузка на элементы конструкции;
Лопасти должны быть идентичны и соответствовать заданному профилю;
Повышенный уровень шума в процессе работы.
С ротором Савониуса – агрегаты оснащены лопастями в виде цилиндрических поверхностей.

Достоинствами данной группы являются:

Для запуска в работу требуются незначительные потоки ветра;
Способность быстрого набора крутящего момента;
Надёжность конструкции;
Низкая стоимость.

К недостаткам можно отнести:

Низкий КПД устройств этой группы.

Устройства с ротором Савониуса применяют при монтаже комбинированных ветровых генераторов, их используют для разгона агрегатов с ротором Дарье.

С вертикально-осевой конструкций ротора — у агрегатов этой группы лопасти напоминают форму крыла самолета и расположены вертикально, ось ротора расположена параллельна валу.

По внешнему виду агрегаты данной группы похожи на устройства с ротором Дарье.

К положительным качествам устройств относятся:

Простота в изготовлении;
Способность быстрого набора скорости вращения;
Низкий уровень шума.
Надежность в работе.
С геликоидным ротором – агрегаты этой группы являются более развитым вариантом устройств с вертикально-осевым ротором. Лопасти имеют форму геликоидной кривой.

Положительные качества:

Более низкие нагрузки на элементы конструкции;
Быстрый набор скорости вращения.

Недостатки:

Повышенный уровень шума;
Высокая стоимость.
Многолопастный ротор – в основу агрегатов этого типа положена вертикально-осевая конструкция с устройством дополнительного внешнего кольца неподвижных лопастей.

Достоинства агрегатов данной группы:

Более высокий КПД установок;
Чувствительность к потокам ветра.

Недостатки:

Высокая стоимость;
Повышенный уровень шума.

ВС

На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса. На самом деле его изобрели в 1924 г. в СССР Я. А. и А. А. Воронины, а финский промышленник Сигурд Савониус бессовестно присвоил себе изобретение, проигнорировав советское авторское свидетельство, и начал серийный выпуск. Но внедрение в судьбе изобретения значит очень много, поэтому мы, чтобы не ворошить прошлое и не тревожить прах усопших, назовем этот ветряк ротором Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС.

ВС для самодельщика всем хорош, кроме «паровозного» КИЭВ в 10-18%. Однако в СССР над ним работали много, и наработки есть. Ниже мы рассмотрим усовершенствованную конструкцию, не намного более сложную, но по КИЭВ дающую фору лопастникам.

Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».

Дарье

Следующий – ротор Дарье; КИЭВ – до 20%. Он еще проще: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию.

Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.

Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре.

Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональный вертикальный ротор с профилированными лопастями. Ортогональный потому, что крылья торчат вертикально. Переход от ВС к ортогоналу иллюстрирует рис. слева.

Карусельный и ортогональный роторы

Угол установки лопастей относительно касательной к окружности, касающейся аэродинамических фокусов крыльев, может быть как положительным (на рис.), так и отрицательным, сообразно силе ветра. Иногда лопасти делают поворотными и ставят на них флюгерки, автоматически держащие «альфу», но такие конструкции часто ломаются.

Центральное тело (голубое на рис.) позволяет довести КИЭВ почти до 50%. В трехлопастном ортогонале оно должно в разрезе иметь форму треугольника со слегка выпуклыми сторонами и скругленными углами, а при большем количестве лопастей достаточно простого цилиндра. Но теория для ортогонала оптимальное количество лопастей дает однозначно: их должно быть ровно 3.

Ортогонал относится к быстроходным ветрякам с ОСС, т.е. обязательно требует раскрутки при вводе в эксплуатацию и после штиля. По ортогональной схеме выпускаются серийные необслуживаемые ВСУ мощностью до 20 кВт.

Геликоид

Геликоидный ротор, или ротор Горлова (поз. 4) – разновидность ортогонала, обеспечивающая равномерное вращение; ортогонал с прямыми крыльями «рвет» лишь немного слабее двухлопастного ВС. Изгиб лопастей по геликоиде позволяет избежать потерь КИЭВ из-за их кривизны. Хотя часть потока кривая лопасть и отбрасывает, не используя, но зато и загребает часть в зону наибольшей линейной скорости, компенсируя потери. Геликоиды используют реже прочих ветряков, т.к. они вследствие сложности изготовления оказываются дороже равных по качеству собратьев.

Бочка-загребушка

На 5 поз. – ротор типа ВС, окруженный направляющим аппаратом; его схема представлена на рис. справа. В промышленном исполнении встречается редко, т.к. дорогостоящий отвод земли не компенсирует прироста мощности, а материалоемкость и сложность производства велики. Но самодельщик, боящийся работы – уже не мастер, а потребитель, и, если нужно не более 0,5-1,5 кВт, то для него «бочка-загребушка» лакомый кусок:

Вертикальный ротор с направляющим аппаратом

Ротор такого типа абсолютно безопасен, бесшумен, не создает вибраций и может быть установлен где угодно, хоть на детской площадке.
Согнуть «корыта» из оцинковки и сварить каркас из труб – работа ерундовая.
Вращение – абсолютно равномерное, детали механики можно взять самые дешевые или из хлама.
Не боится ураганов – слишком сильный ветер не может протолкнуться в «бочку»; вокруг нее возникает обтекаемый вихревой кокон (мы с этим эффектом еще столкнемся).
А самое главное – поскольку поверхность «загребушки» в несколько раз больше таковой ротора внутри, КИЭВ может быть и сверхединичным, а вращательным момент уже при 3 м/с у «бочки» трехметрового диаметра такой, что генератору на 1 кВт с предельной нагрузкой, как говорится, лучше и не дергаться.

Видео: ветрогенератор Ленца

Как изготовить ветрогенератор с вертикальной осью вращения своими руками

Составные элементы:

Осевая мачта — это несущая конструкция в форме пирамиды, треноги или шеста высотой около пяти метров. На ней закрепляют лопасти и генератор.
Лопасти улавливают потоки ветра.
Статор вмещает в себя фазы из катушек.
Ротор — это подвижная часть ветряка.
Контроллер включает замедление ветрогенератора, когда тот развивает мощность, выше его базовых метрик.
Инвертор дает переменный ток.
Аккумулятор накапливает сгенерированную энергию.

Подготовка элементов

Чтобы сделать лопасти для вертикального ветрогенератора, понадобится качественный пластик и/или жесть. Например, лопастную конструкцию можно сделать из пластиковых труб, Тогда к каждой стороне трубы крепятся полукруглые жестяные фрагменты. Высота и радиус вращения должны достигать 70 см. Или же можно изготовить лопастную конструкцию из запчастей.

Для ротора нужны 2 ферритовых диска диаметром 32 см, 6 неодимовых магнитов и клей. Роторная система состоит из двух дисков. Схема каждого диска следующая: нужно так расположить магниты, чтобы их полярность чередовалась, угол между ними составлял 60 градусов, а диаметр размещения равнялся 16,5 см. После правильного размещения магниты заливаются клеем.

Для статора нужно сделать девять катушек с 60 витками медной проволоки диаметром 0,1 см. Чтобы сделать три фазы, катушки необходимо спаять между собой в следующем порядке:

Для первой фазы начало 1-ой катушки соединяем с концом 4-ой, а начало 4-ой с концом 7-ой;
Для второй фазы делаем то же самое, но начинаем со 2-ой катушки;
Для изготовления третьей фазы начинаем с 3-ей катушки.

Форму для катушек делают из фанеры и выкладывают стекловолокном. После размещения фаз их нужно залить клеем и оставить сохнуть на несколько дней.

Монтаж конструкции

Когда с изготовлением составных элементов покончено, можно приступать к их соединению между собой. Сначала нужно соединить ротор и статор:

В верхнем диске ротора сделайте отверстия для четырех шпилек.
В статоре сделайте отверстия для крепления к подставке.
Положите нижний диск ротора на подставку магнитами вверх.
На нижнем роторе разместите статор и уприте шпильки в алюминиевую пластину.
Накройте конструкцию вторым роторным диском (магниты расположены внизу).
При помощи вращения шпилек добейтесь равномерного сближения верхнего и нижнего роторных дисков, после этого шпильки и пластину аккуратно убирают.
Зафиксируйте генератор гайками.

Готовый генератор прикрутите к осевой мачте. После этого к генератору можно прикреплять лопастную конструкцию. Теперь ваш ветряк готов к установке! Для установки ветряка подготовьте армированный фундамент и зафиксируйте конструкцию растяжкой.

В последнюю очередь подключается электросеть в следующем порядке: энергия от генератора попадает на контроллер, затем собирается на аккумуляторе, а потом преобразуется в переменный ток при помощи инвертора.

Ветрогенераторы своими руками на 220 в

Для того, чтобы собрать ветроуловитель нам понадобятся: генератор на 12 вольт, аккумуляторные батареи, преобразователь с 12 v на 220 в, вольтметр, медные провода, крепежи (хомуты, болты, гайки).

Чтобы ветрогенератор получился практичным и качественным, перед его изготовлением лучше дополнительно ознакомиться с подробной инструкцией

Изготовление любого ветряка предполагает наличие таких этапов как:

Изготовление лопастей. Лопасти вертикального ветрогенератора можно сделать из бочки. Нарезать детали можно при помощи болгарки. Винт для небольшого ветряка можно изготовить из трубы ПВХ с сечением в 160 мм.
Изготовление мачты. Мачта должна быть высотой не менее 6 метров. При этом, для того, чтобы крутящее усилие не сорвало мачту, ее необходимо закрепить ее на 4 растяжки. Каждую растяжку, при этом, нужно намотать на бревно, которое следует закопать глубоко в землю.
Установка неодимовых магнитов. Магниты наклеиваются на диск ротора. Лучше выбирать прямоугольные магниты, магнитные поля в которых сосредотачиваются по всей поверхности.
Намотка катушек генератора. Намотка выполняется медной нитью с диаметром не менее двух мм. При этом, мотков должно быть не более 1200.
Фиксация лопастей к трубе при помощи гаек.

При наличии мощных аккумуляторных батарей и инвертора, полученное устройство сможет выработать такое количество электричества, которого будет достаточно для использования бытовой техники (например, холодильника и телевизора). Отлично подойдет такой генератор для поддержания работы систем освещения, отопления и вентиляции небольшого дачного домика, теплицы.

Сборка аксиальной ВЭУ на неодимовых магнитах

Поскольку неодимовые магниты в России появились относительно недавно, то и аксиальные ветрогенераторы с безжелезными статорами стали делать не так давно.

Появление магнитов вызвало ажиотажный спрос, но постепенно рынок насытился, и стоимость этого товара стала снижаться. Он стал доступен для умельцев, которые тут же приспособили его для своих разнообразных нужд.

Аксиальная ВЭУ на неодимовых магнитах с горизонтальной осью вращения – более сложная конструкция, требующая не только умения, но и определенных знаний

Если у вас имеется ступица от старого авто с тормозными дисками, то её и возьмем в качестве основы будущего аксиального генератора.

Предполагается, что эта деталь не новая, а уже эксплуатировавшаяся. В этом случае её необходимо разобрать, проверить и смазать подшипники, тщательно вычистить прочь осадочные наслоения и всю ржавчину. Готовый генератор не забудьте покрасить.

Ступица с тормозными дисками, как правило, достаётся умельцам в качестве одного из узлов старого автомобиля, отправившегося в утиль, поэтому нуждается в тщательной чистке

Распределение и закрепление магнитов

Неодимовые магниты должны быть наклеены на диски ротора. Для нашей работы возьмем 20 магнитов 25х8мм.

Конечно, можно использовать и другое количество полюсов, но при этом необходимо соблюдать следующие правила: количество магнитов и полюсов в однофазном генераторе должно совпадать, но, если речь идёт о трехфазной модели, то соотношение полюсов к катушкам должно составлять 2/3 или 4/3.

При размещении магнитов полюса чередуются. Важно не ошибиться. Если вы не уверены, что расположите элементы правильно, сделайте шаблон-подсказку или нанесите сектора прямо на сам диск.

Если у вас есть выбор, купите лучше не круглые, а прямоугольные магниты. В прямоугольных моделях магнитное поле сосредоточено по всей длине, а в круглых – в центре.

У противостоящих магнитов должны быть разные полюса. Вы ничего не перепутаете, если с помощью маркера пометите их знаками минус или плюс. Чтобы определить полюса, возьмите магниты и поднесите их друг к другу.

Если поверхности притягиваются, поставьте на них плюс, если отталкиваются, то пометьте их минусами. При размещении магнитов на дисках чередуйте полюса.

Магниты установлены с соблюдением правила чередования полисов, по наружному и внутреннему периметрам расположены бортики из пластилина: изделие готово к заливке эпоксидной смолой

Для надежности закрепления магнита нужно применять качественный и максимально сильный клей.

Чтобы усилить надежность фиксации, можно воспользоваться эпоксидной смолой. Её следует развести так, как это указано в инструкции, и залить ею диск. Смола должна покрыть диск целиком, но не стекать с него. Предотвратить вероятность стекания можно, если обмотать диск скотчем или сделать по его периметру временные пластилиновые ограждения из полимерной полосы.

Генераторы однофазного и трехфазного вида

Если сравнивать однофазный и трехфазный статоры, то последний окажется лучше. Однофазный генератор при нагрузке вибрирует. Причиной вибрации становится разница в амплитуде тока, возникающая из-за непостоянной его отдачи за момент времени.

Такого недостатка у трехфазной модели нет. Она отличается постоянной мощностью из-за компенсирующих друг друга фаз: когда в одной происходит нарастание тока, в другой он падает.

По итогам тестирования отдача трехфазной модели почти на 50% больше, чем аналогичный показатель однофазной. Ещё одним достоинством этой модели является то, что в отсутствии лишней вибрации повышается акустический комфорт при функционировании устройства под нагрузкой.

То есть, трехфазный генератор практически не гудит в процессе его эксплуатации. Когда вибрация снижается, срок службы устройства логично повышается.

В борьбе между трехфазными и однофазными устройствами неизменно побеждает трехфазное, потому что оно не так сильно гудит в процессе работы и служит дольше однофазного

Правила наматывания катушки

Если спросить специалиста, то он скажет, что перед тем, как наматывать катушки, нужно выполнить тщательный расчет. Практик в этом вопросе положится на свою интуицию.

Мы выбрали не слишком скоростной вариант генератор. У нас процедура зарядки двенадцативольтового аккумулятора должна начаться при 100-150 оборотах за минуту. Такие исходные данные требуют, чтобы общее количество витков всех катушек составило 1000-1200 штук. Эту цифру нам осталось поделить между всеми катушками и определить, сколько же витков будет на каждой.

Ветряк на низких оборотах может быть мощнее, если увеличится количество полюсов. Частота колебаний тока в катушках при этом увеличится. Если для намотки катушек применять провод большего сечения, сопротивление уменьшится, а сила тока увеличится. Не упустите из виду тот факт, что большее напряжение может «съедать» ток из-за сопротивления обмотки.

Процесс намотки можно облегчить и сделать эффективнее, если использовать для этой цели специальный станочек.

Совсем необязательно такой рутинный процесс как наматывание катушек делать вручную. Немного смекалки и отличный станочек, который легко справляется с намоткой, уже есть

На рабочие характеристики самодельных генераторов большое влияние оказывают толщина и количество магнитов, которые расположены на дисках. Совокупную итоговую мощность можно рассчитать, если намотать одну катушку, а затем прокрутить её в генераторе. Будущая мощность генератора определяется путем измерения напряжения на конкретных оборотах без нагрузки.

Приведем пример. При сопротивлении 3 Ом и 200 оборотах в минуту выходит 30 вольт. Если отнять от этого результата 12 вольт напряжения аккумулятора, получится 18 вольт. Делим этот результат на 3 Ом и получаем 6 ампер. Объём в 6 ампер и отправится на аккумулятор. Конечно, в расчете мы не учли потери в проводах и на диодном мосту: фактический результат окажется меньше расчетного.

Обычно катушки делают круглыми. Но, если их немного вытянуть, то получится больше меди в секторе и витки окажутся прямее. Если сравнивать размер магнита и диаметр внутреннего отверстия катушек, то они должны соответствовать друг другу или размер магнита может быть немного меньше.

Толщина статора, который мы делаем, должна правильно соотноситься с толщиной магнитов. Если статор сделать больше за счет увеличения количества витков в катушках, междисковое пространство возрастет, а магнитопоток уменьшится. Результат же может оказаться таким: образуется такое же напряжение, но, из-за увеличившегося сопротивления катушек, мы получим меньший ток.

Для изготовления формы для статора применяют фанеру. Впрочем, сектора для катушек можно разметить на бумаге, используя в качестве бордюров пластилин.

Если поверх катушек на дно формы поместить стеклоткань, прочность изделия повысится. Перед нанесением эпоксидной смолы нужно форму смазать вазелином или воском, тогда смола не прилипнет к форме. Некоторые используют вместо смазки скотч или пленку.

Между собой катушки закрепляются неподвижно. При этом концы фаз выводятся наружу. Шесть выведенных наружу проводов следует соединить звездой или треугольником. Вращая собранный генератор рукой, производят его тестирование. Если напряжение будет 40 V, то сила тока составит примерно 10 ампер.

Окончательная сборка устройства

Длина готовой мачты должна составлять примерно 6-12 метров. При таких параметрах её основание должно быть забетонированным. Сам ветряк будет закреплен на верхней части мачты.

Чтобы до него можно было добраться в случае поломки, нужно предусмотреть в основании мачты специальное крепление, которое позволит поднимать и опускать трубу, используя при этом ручную лебедку.

Высоко вздымается мачта с прикрепленным к ней ветрогенератором, но предусмотрительный мастер сделал специальное устройство, которое позволяет при необходимости опустить конструкцию на землю

Чтобы изготовить винт, можно использовать трубу ПВХ диаметром 160 мм. Она будет использоваться для вырезания из её поверхности двухметрового винта, состоящего из шести лопастей. Форму лопастей лучше разработать самостоятельно опытным путем. Цель – усилить крутящий момент при низких оборотах.

Винт-пропеллер следует беречь от слишком сильного ветра. Для решения этой задачи используют складной хвост. Выработанная энергия накапливается в аккумуляторах.

Вниманию наших читателей мы предоставили два варианта ветрогенераторов, сделанных своими руками на 220 в, которые пользуются повышенным вниманием не только владельцев загородной недвижимости, но и простых дачников.

Обе модели ВЭУ эффективны по-своему. Особенно хорошие результаты эти устройства способны продемонстрировать в степной местности с частыми и сильными ветрами. Они достаточно эффективны, чтобы использоваться в организации альтернативного отопления дома и в поставке электроэнергии. И их не так уж сложно соорудить своими руками.

Место установки ветрогенератора

Ветрогенератор, описываемый здесь, установлен на 4-х метровой опоре на краю горы. Трубный фланец, который установлен снизу генератора обеспечивает легкую и быструю установку ветрогенератора — достаточно прикрутить 4 болта. Хотя для надежности, лучше приварить.

Обычно, горизонтальные ветрогенераторы «любят» когда ветер дует с одного направления, в отличии от вертикальных ветряков, где за счет флюгера, они могут поворачиваться и им не важно направление ветра. Т.к. данный ветряк установлен на берегу скалы, то ветер там создает турбулентные потоки с разных направлений, что не очень эффективно для данной конструкции.

Другим фактором, который необходимо учитывать при подборе места размещения, является сила ветра. Архив данных по силе ветра для вашей местности можно найти в интернете, правда это будет очень приблизительно, т.к. все зависит от конкретного места.
Также, в выборе месторасположения установки ветрогенератора поможет анемометр (прибор для измерения силы ветра).

Результат работы ветряка: расчет эффективности

Тестовые испытания ветрогенератора при разной скорости ветра показали следующие результаты:

при скорости ветра 5 м/с получаем 60 об/мин — 7 В и 2,3 А = 16 Вт;
при скорости ветра 10,6 м/с получаем около 120 об/мин — 13 В и 3,4 А = 44 Вт;
при скорости 15,3 м/с примерно 180 об/мин — 15 В и 5,1 А = 76,5 Вт;
при скорости ветра 18 м/с получаем 240 об/мин — 18 В и 9 А = 162 Вт.

В основном ветряк выдает 16–45 Вт, так как ветер более 15 м/с бывает редко. Однако, если поставить скоростной винт, тогда можно получить более высокие результаты.

конструкция ротора ветряка с аксиальным генератором

Основные характеристики

Магнитная индукция В — силовая характеристика магнитного поля, измеряется в Тесла.
Остаточная магнитная индукция Br — намагниченность, которой обладает магнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю, измеряется в Тесла.
Коэрцитивная магнитная сила Hc — определяет сопротивляемость магнита к размагничиванию, измеряется в Ампер/метр.
Магнитная энергия (BH)max -характеризует, насколько сильным является магнит.
Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции Tc of Br – определяет зависимость магнитной индукции от температуры окружающего воздуха, измеряется в процентах на градус Цельсия.
Максимальная рабочая температура Tmax — определяет предел температуры, при которой магнит временно теряет свои магнитные свойства, измеряется в градусах Цельсия.
Температура Кюри Tcur — определяет предел температуры, при которой неодимовый магнит полностью размагничивается, измеряется в градусах Цельсия.

Достоинствами неодимовых магнитов, определяющими их востребованность, являются:

Неодимовые магниты обладают наиболее высокими магнитными параметрами Br, Нсв, Hcм, ВН.
Подобные магниты имеют более низкую стоимость в сравнении с подобными металлами, имеющими в своем составе кобальт.
Обладают способностью работать без потерь магнитных характеристик в температурном диапазоне от – 60 до + 240 градусов Цельсия, с точкой Кюри +310 градусов.
Из данного материала возможно изготовить магниты из любой формы и размеров (цилиндры, диски, кольца, шары, стержни, кубы и др.).

Ветрогенератор на неодимовых магнитах мощностью 5,0 кВт

Статор генератора набран из электротехнических пластин стали.

Генератор не требует принудительного охлаждения, которое осуществляется естественным путем.

Технические характеристики генератора мощностью 5,0 кВт:

Номинальная мощность – 5,0 кВт;
Номинальная частота – 140,0 оборотов/минуту;
Рабочий диапазон вращения – 50,0 – 200,0 оборотов/минуту;
Максимальная частота – 300,0 оборотов/минуту;
КПД – не ниже 94,0 %;
Охлаждение – воздушное;
Масса – 240,0 кг.

Конструкция данного генератора приведена на рисунке, приведенном ниже:

Плюсы и минусы

Высокий КПД устройств, достигаемый за счет минимизации потерь на трение;
Продолжительные сроки эксплуатации;
Отсутствие шума и вибрации при работе;
Снижение затрат на установку и монтаж оборудования;
Автономность работы, позволяющая осуществлять эксплуатацию без постоянного обслуживания установки;
Возможность самостоятельного изготовления.

К недостаткам подобных устройств можно отнести:

Относительно высокая стоимость;
Хрупкость. При сильном внешнем воздействии (ударе), неодимовый магнит способен лишиться своих свойств;
Низкая коррозийная стойкость, требующая специального покрытия неодимовых магнитов;
Зависимость от температурного режима работы – при воздействии высоких температур, неодимовые магниты теряют свои свойства.

Как сделать своим руками

Из листовой стали вытачиваются два диска диаметром 170,0 мм с устройством центрального отверстия и шпоночного паза.
Диск делится на 12 сегментов, для на его поверхности выполняется соответствующая разметка.
В размеченные сегменты клеятся магниты, таким образом, чтобы их полярность чередовалась. Для избегания ошибок (по полярности), необходимо перед наклейкой, выполнить их маркировку.
Подобным образом изготавливается и второй диск. В результате получается следующая конструкция:

Поверхность исков заливается эпоксидной смолой.
Из провода (эмаль-провода) марки ПЭТВ или аналога, сечением 0,95 мм 2 , наматывается 12 катушек по 55 витков в каждой.
На листе фанеры или бумаге, изготавливается шаблон, соответствующий диаметру используемых дисков, на котором также производится разбивка на 12 секторов.

Из дерева (доска и т.д.) или фанеры, изготавливается матрица, в которой можно залить эпоксидной смолой уложенные по шаблону катушки. Глубина матрицы должна соответствовать высоте катушек.
Катушки укладываются в матрицу и заливаются эпоксидной смолой. В результате получается следующая заготовка:

Из стальной трубы диаметром 63,0 мм изготавливается ступица с узлом крепления вала, изготавливаемого генератора. Вал монтируется на подшипники, устанавливаемые внутри ступицы.
Из такой же трубы изготавливается поворотный механизм, обеспечивающий ориентацию генератора в соответствии с потоками ветра.
На вал одеваются изготовленные запасные части. В результате получается следующая конструкция, плюс поворотный механизм:

Verification: 72146f0e872f9296

Кстати неплохой получается винт.Поэтому принципу изготовлен последний винт с алюминевой трубы 1,3м (смотрите выше)

Разметил трубу, болгаркой вырезал заготовки, по концах стянул болтами и електрорубанком обработал пакет. Затем раскрутил пакет и каждую лопасть обработал отдельно, подгоняя вес на электронных весах.

Защита от ураганного ветра выполнена по классической зарубежной схеме, т. е. ось вращения смещена от центра. Вот ссылка на сайт http://www.otherpower.com/otherpower_wind.html

Желающие узнать больше здесь найдут все интересующие вопросы, причем совершенно бесплатно! Мне этот сайт помог очень здорово особенно с чертежами хвоста. Вот пример чертежей с этого сайта.

Свой хвост ветряка я подгонял методом подпиливания.

Вся конструкция насаженна на два 206 подшипника, которые закреплены на оси с внутренним отверстием под кабель и приваренной к двухдюймовой трубе.

Подшипники плотно входят в корпус ветроустановки, что позволяет без каких либо усилий и люфтов свободно поворачиваться конструкции. Кабель проходит внутри мачты к диодному мосту.(выше смотрите чертежи)

на фото первоначальный вариант

Для изготовления ветроголовки не учитывая двух месяцев поиска решений, ушло полтора месяца, сейчас у нас февраль месяц, снег и холод похоже за всю зиму, поэтому основных испытаний еще не проводил, но даже на этом расстоянии от земли автомобильная лампочка 21 ватт перегорела. Жду весны, готовлю трубы под мачту. Эта зима пролетела у меня быстро и интересно.

VIDEO можно просмотреть здесь, (двойное нажатие на видео открывает прямую ссылку на youtube), Да, если нравится или не нравится отображайте своё мнение.

Прошло немного времени с того момента когда разместил на сайте свой ветряк, но весна так толком и не пришла, землю копать чтобы замуровать стол под мачту еще нельзя,-земля мёрзлая да и грязь везде, поэтому времени для испытаний на временной 1,5м стойке было предостаточно, а теперь подробней.

После первых испытаний винт случайно зацепил трубу, это я пытался зафиксировать хвост, чтобы ветряк не уходил из под ветра и посмотреть какая будет максимальная мощность. В итоге мощность успел зафиксировать примерно ватт 40, после чего винт благополучно разлетелся на щепки. Неприятно, но наверное полезно для мозгов. После этого я решил поэкспериментировать и намотал новый статор. Для этого изготовил новую форму под заливку катушек.Форму тщательно смазал автомобильным литолом, чтобы лишнее не пристало. Катушки теперь немного уменьшил по длине, благодаря чему в сектор теперь поместилось 60 витков 0,95мм толщина намотки 8мм (в конечном итоге статор получился 9 мм), причем длина провода осталась прежней.

В эпоксидку добовил тальк примерно 30%

Винт теперь сделал с более прочной трубы 160мм и трехлопастным, длина лопасти 800мм.

Новые испытания сразу показали результат, теперь ГЕНА выдавал до 100 ватт, галогенная автомобильная лампочка в 100 ватт горела в полный накал, и чтобы её не спалить на сильных порывах ветра лампочку отключал.

замеры на автомобильном акумуляторе 55 А.ч.

Теперь окончательные испытания на мачте, результат опишу поже.

Ну, вот уже середина августа, и как я обещал, попытаюсь закончить эту страничку.

Сначала то, что пропустил

Мачта один из ответственных елементов конструкции

Один из стыков (труба меньшего диаметра входит внутрь большей)

и поворотный узел

теперь остальное

3-х лопастный винт (рыжая канализационая труба диаметром 160мм)

Начну с того, что сменил несколько винтов и остановился на 6-ти лопастном с алюминиевой трубы диаметром 1,3м, хотя большую мощность давал винт с ПВХ трубы 1,7м.

Основная проблема была в том чтобы заставить заряжаться АКБ от малейшего вращения винта и вот здесь на помощь пришел блокинг генератор который даже при входном напряжении в 2v дает заряд АКБ — пускай маленьким током, но лучше чем разряд, а на нормальных ветрах вся энергия на АКБ поступает через VD2(смотрите по схеме), и идет полноценный заряд.

Конструкция собрана прямо на радиаторе, полунавесным монтажом,если монтаж правильный,- работает без проблем. В некоторых случаях для запуска блокин-генератора возможно уменьшение сопротивления R1 до 500 Ом, трансформатор — феритовое кольцо диаметром 45мм, сечение 8мм на 8мм (можно намотать на строчном трансе от старого телека), намотан проводом 1мм,сначала мотал 60 витков,а сверху равномерно намотал 21 виток

Контролёр заряда тоже использовал самодельный, схема простая, слепил как всегда с того, что было под рукой, нагрузкой служит два витка нихромового провода (при заряженном АКБ и сильном ветре нагревается до красна) Все транзисторы ставил на радиаторы (с запасом), хотя VT1 и VT2 практически не греются, а вот VT3 на радиатор ставить обязательно! (при продолжительном срабатывании контролёра VT3 греется прилично)

фото готового контролёра

простая схемка

Схема подключения ветряка к нагрузке выглядит так

Вид сзади

Нагрузкой у меня как и планировалось, является свет в туалете и летнем душе + уличное освещение (4 светодиодные лампы которые включаются автоматически через фотореле и освещают двор целую ночь,с восходом солнца опять срабатывает фотореле которое отключает освещение и идет заряд АКБ.И это на убитой АКБ (в прошлом году снял с авто)

на фото снято защитное стекло (в верху фотодатчик)

Фотореле купил готовое для сети 220V и переделал на питание от 12V(перемкнул входной конденсатор и последовательно стабилитрону подпаял резистор в 1К)

Теперь самое ГЛАВНОЕ!!!

С своего опыта, советовал для начала сделать небольшой ветрячок, набратся опыта и знаний и понаблюдать что можно поиметь с ветров вашей местности,Ведь можно потратить кучу денег, сделать мощный ветряк,а силы ветра не хватит чтобы получать теже 50 ватт и будет ваш ветряк типа подводной лодки в гараже. Здесь ЛУЧШЕ СИНИЦА В РУКАХ ЧЕМ ДЯТЕЛ В ЖО-Е!!!

Простейший анемометр.Квадрат сторона 12см на 12см,на нитке 25см привязан тенисный шарик.

Я сделал вот такой анемометр

Многие читатели часто задают вопрос,а сколько выдаёт такой гена?

Пришлось для наглядности сделать небольшое видео

Мы никогда незадумываемся насколько сильным бывает даже маленький ветерок,но стоит посмотреоть с какой скоростью иногда раскручивается турбина и сразу понимаеш какая это мощь

Ветер, ветер ты могуч…(фото со двора)

Процес модернизации ветряка закончен, так он выглядит на даном этапе.На видео его рабочий режим (снимал фотокамерой, поэтому видна дискретность винта, насамом деле он крутится как подорваный). На очень малых ветрах работает БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР.

Начало подьёма на ветер

А здесь уже на ветру

Все расчеты ветрогенератора (спасибо Николаю), можно увидеть здесь

Вот сайты, по которым можно отыскать много интересного

Не ленитесь в эти сайты заглянуть!!!

Для Харьковчан и не только

Всем удачи!!!

Буду рад если хоть немножко комуто помог,все вопросы на стену или email

Для всех кто дочитал эту статью, предлагаю экскурс в еще одну удачно повторяемую конструкцию

Давненько я не возвращался к этой статье, с момента написания этой статьи прошло более двух лет, за это время конструкция была повторена много раз, это я могу судить, по отзывам, пришедшим по электронной почте. Многие повторяли конструкцию один в один с моим вариантом, но те кто ко мне обращался за помощью, я советовал делать только трёхфазный вариант, и результат был намного выше.

С разрешения Михальчук Алексея Викторовича выкладываю одну с достойных повторений, конструкцию трёхфазного генератора.

До знакомства со мной Алексей практически все заготовил для повторения моей конструкции, впоследствии менять практически ничего не стали, за исключением я убедил делать генератор трехфазным. На удивление Алексея генератор получился довольно не плохим, довольно шустро заряжал АКБ,но так как конструкция была временной (Алексей до последнего не верил в успех), то впоследствии этот генератор был демонтирован, было принято решение добавить магнитных полюсов, и более надежно сделать конструкцию. Впоследствии родился 16-ти полюсный аксиальный генератор, могу сказать, что он превзошел все ожидания, даже мои.

Не буду повторяться в описании. Просто в вкратце некоторые данные

12 катушек провод 1.18 ушло 1.5 кг по 75 витков на катушку.
Толщина катушки равна толщине магнита — 8мм
Внутренний диаметр катушек равен диаметру магнитов -25 мм
Магниты 16 пар 25*8
Диски стальные толщина 10 мм диаметр 25см
Лопасти с алюминиевой трубы диаметром 300 мм
Толщина метала 4мм длина лопастей -1м

Такой генератор без проблем выдает более 500 ватт!

Некоторые моменты изготовления генератора смотрим на фото

В процессе эксплуатации этого генератора был выявлен существенный недостаток в конструкции, Алексей пренебрег защитой от ураганных ветров, поэтому были разрушены лопасти. Для всех кто повторят конструкцию с ВЕТРОМ ШУТИТЬ НЕЛЬЗЯ,необходимо делать защиту от ураганных ветров, выйдет дешевле чем каждый раз менять лопасти.

В данный момент Алексей исправил недоделки, и ветряк приносит ему существенную помощь

Вот Алексей подкинул еще несколько фоток после модерницазии ветряка

и небольшое видео

слева ветрогенератор с асинхронника, справа генератор тот что в описании.Ну, вот пока и все, пилите гири, Господа, они золотые!

Для Харьковчан и не только

Ветрогенератор на базе самодельного аксиального дискового генератора. Его я построил пару лет назад.

Конструкция этого генератора – первое, что находишь в сети из практических моделей ветротурбин. В узком кругу мы их называем – буржуйскими. Именно они начали использовать такую компоновку генератора, в связи с доступностью редкоземельных магнитов. Сейчас и у нас эта модель повторяется достаточно часто.
На первый взгляд это самая доступная конструкция. Отчасти это так, но эффективность безжелезных статоров много ниже аналогичных с железом. Для таких генераторов, магниты нужны толще, и количество в два раза больше. Итак, подробнее о сути проекта.
Генератор имеет 16 пар полюсов. Магниты использовались неодимовые, диск. Диаметр 27 мм, высота 8 мм. Очень серьезные штучки. При неаккуратном обращении можно получить серьезную травму! Катушек использовалось 12. Генератор трехфазный. Соединение «звезда».
Для намотки катушек использовался провод 0.9 мм, хотя расчет делал под провод 1.06 мм. Но его не оказалось на тот момент. По этой причине, между катушками есть пустое пространство, а генератор не вышел на расчетные параметры. Катушки мотал на самодельном станочке. Ни чего особенного.

Конструкция может быть абсолютно любая.

Для статора, была изготовлена форма из фанеры.

После обработки формы вазелином (необходимо для того, что бы отлитый статор легко извлечь из формы), расположил катушки.
Распаял соответствующим образом.

Развел эпоксидную смолу с добавкой 30 % талька (детская присыпка). На дно формы и поверх катушек я положил стеклосетку, так как с ней мне удобней работать, чем со стеклотканью. Залил статор, постепенно доливая смолу, чтобы выходили пузырьки воздуха.
Для того чтобы притянуть крышку, я разметил так, что бы саморезы проходили сквозь отверстие катушки (дабы не повредить). Отверстие катушки замазал пластилином (после высыхания удалил его), для лучшего охлаждения.
На следующий день без проблем извлек готовый статор из формы. Получился он ровный и красивый.

Для изготовления ротора, я взял заднюю ступицу от Ваз 2108 в сборе. Стоит не дорого и достаточно мощная. На автосервисе мне дали тормозных дисков, опять же от восьмерки (девятки). Диски диаметр 240 мм. толщина 10 мм. Отшлифовав рабочую поверхность, наклеил магниты. Клеил суперклеем, потом залил эпоксидной смолой.

Сварил ветроголовку и закрепил на ней генератор. Хвост жестко закреплен, то есть бурезащита не выполнена.

Лопасти из ПВХ трубы диаметром 160 мм. Делал и трехлопастной вариант и пятилопастник. Оба варианта нормально работали.

Некоторые выводы.
Зарядка АКБ начинается почти сразу, как только он начинает вращаться (а вращается он от любого дуновения). 1-2 ампера от легкого ветерка, при небольших порывах 4-5 Ампер. При нормальном ветре в районе 10 А.
Вывод: цель достигнута (зарядка АКБ при слабых ветрах).

При сильном ветре фиксировал 20 А, больше прибор не показывает.
Сейчас эта модель демонтирована. При осмотре, ни каких повреждений не обнаружилось, хоть и было все даже не покрашено.
Планирую провести с ним некоторые эксперименты.

Ну а вот собственно и те издевательства о которых я говорил.
Я хочу проверить еще один вариант. Использовать вместо этс в статоре генератора отожженные железные опилки.
Опилки не мелкие и не крупные.
Так как все делалось в очень ограниченных по времени условиях, да и температура — 10, ни как ни способствовала трудовому подвигу, результаты соответствующие. Опять же использовался готовый статор, не предназначенный для этого. Тем не менее, все по порядку. На фото виден весь процесс. Опилки я смешивал не с эпоксидкой, а с силиконовым герметиком.
Получилась такая пластичная масса, с которой было легко работать.

И таблица испытаний этого варианта.

Думаю такой вариант, выполненный по всем правилам, даст вполне рабочий вариант.

Продолжение темы:
— Конструкция и рассчёт самодельного аксиального ветрогенератора на постоянных магнитах
— Конструкция и расчёт аксиального генератора на постоянных магнитах

Многие люди планируя создать ветрогенератор в поисках нужной информации бороздят просторы интернета, вот и я несколько месяцев делал тоже самое. Изучил множество конструкций самодельных и заводских ветряков и пришел к определённым выводам более эффективном построении аксиальных генераторов для ветряков.

Первые вопросы при построении возникают по поводу количества катушек индуктивности,количества витков и сечения эмальпровода,числа магнитов, и соотношения числа магнитных полюсов к числу катушек статора. Многие здесь советуют использовать не чётное соотношение катушек к числу полюсов. Например если катушек на статоре 9, то число магнитов должно быть 12 пар, а если катушек 12, то магнитов 16 пар.

Ниже расположен рисунок подобного ветрогенератора. Рисунок вид сверху для лучшего понимания крепления элементов хвоста и смещения втроголовки относительно поворотной оси, далее будут представлены ориентировочные размеры элементов.

Сначала опишу про соотношение катушек индуктивности к числу магнитных пар на дисках генератора.

Во-первых я считаю что такое соотношение не оправданно и снижает общую мощность генератора.Почему так?, -сам процесс генерации электроэнергии происходит при прохождении магнитного поля от магнита через медную катушку, при этом в проводе катушки начинает течь ток. Направление тока меняется в зависимости от полярности магнита.

То есть, у магнита две полярности,отрицательная и положительная (север-юг).Когда магнит ориентированный положительным полюсом проходит мимо катушки в катушке происходит индукция и начинает течь ток в определённом направлении. При этом на одном конце катушки появляется плюсовое напряжение, а на другом минусовое, то есть постоянное, но циклично меняющееся.

Когда мимо катушки проходит следующий магнит с противоположной полюсацией, то направление течения тока в катушке тоже изменяется на противоположное, и на выводах катушки минус меняется с плюсом. Эта смена постоянного напряжения происходит каждый раз когда мимо проходит очередной магнит, в связи с частой сменой тока в катушке такое напряжение и называют переменным, потому, что оно постоянно меняется. Одна смена тока в катушке индуктивности с плюса на минус и обратно называется один Герц. Если в генераторе 16 полюсов, то один оборот = 16Герц.

Каждая из катушек статора генератора это отдельный источник тока, который взаимодействует с други такими-же источниками тока,и они вместе образуют напряжение, которое складывается из параметров каждой катушки. Когда-же число катушек меньше по отношению к числу магнитов, то в процессе индуктивности одни магниты проходят катушки в определённом месте, а другие магниты немного в другом.

В следствии чего когда в одних катушках смена импульса тока произошла, то в других она только происходит, и получается что в каких -то катушках напряжение течёт в одну сторону, а в других ещё в обратную, и по отдельности какие-то катушки имеют плюс и минус в одном положении,а некоторые в другом и между собой они неправильно взаимодействуют. А так -как они соединены последовательно, то где-то в определённые моменты происходит неправильная полюсация и часть электроэнергии расходуется на замыкание, в следствии чего генератор легче крутится и происходит недобор мощности.

Ниже представлено расположение магнитов и катушек генератора в виде ленты. На рисунке А число пар магнитов равно числу катушек и смена тока происходит синхронно, а на рис.Б количество магнитных пар больше количества катушек. Из рисунка видна как на рис.Б магниты в разных частях попадают на катушки по разному, где то два на одну, а где то полтора, а где то один. В следствии чего ток в катушках разный и разное его направление, из-за этого нестабильного возбуждения катушки нагреваются и теряют часть мощности.

Для большего понимания рассмотрим пример

Представим что наши катушки это батарейки, которые соединены последовательно, и их очень быстро меняют местами, то-есть переворачивают меняя минус на плюс и обратно. И так каждый раз когда мимо проходят магниты. И если например число этих батареек 9 а магнитов 12 то получается, что какие-то магниты в какой-то момент проходят катушку-батарейку и в ней происходит смена напряжения.

А где-то магниты только заходят на катушки и сходят с предыдущих, в результате получается что часть батареек уже перекинули плюс с минусом, а часть нет, и третья часть в процессе смены. В результате часть батареек соединенных последовательно имеют последовательную полюсацию, а часть ещё другую, и пока они меняют, то те уже сменили и меняют на противоположную.

Так в определённые моменты происходит замыкание, так как в шести катушках ток уже в другом направлении, а в трех еще в предыдущем, в результате чего 6 катушек в определённый момент имеют правильную полярность по отношению друг к другу, а три неправильную по отношению к другим 6-ти.В следствии чего из-за неправильной полюсации в цепи происходит нагреви потеря мощности из за наведения на катушки нестабильного магнитного поля, и как следствие более легкое кручение генератора.

Обычно так советуют делать для ухода от залипания и легкого старта при малом ветре, но ведь статор с катушками не имеет железа, и магниты не примагничивают его создавая залипания, а значит и о залипаниях не может быть и речи. Сопротивление кручению генератор создаёт когда подключен к нагрузке и сила сопротивления зависит от мощности генератора и нагрузки,которая забирает ток, и естественно чем генератор слабее тем его легче крутить под нагрузкой.

Для большей эффективности надо чтобы во всех катушках генератора происходила синхронная смена тока минуса на плюс и обратно,тогда не будет потерь на нагрев и замыкание. Для этого надо чтобы количество магнитных пар соответствовало количеству катушек индуктивности статора.При этом магниты на всём участке цепи будут проходить одинаково по отношению к катушкам и смена импульсов будет чёткой во всех катушках, словно в одной.

Теперь о количестве витков и толщины эмаль провода для намотки. Параметры напряжения в катушке зависят от количества витков,а сила тока от толщины, то есть чем больше витков тем выше вольты, а чем толще провод тем выше амперы-сила тока. Обычно для последовательного соединения в одну фазу катушки мотают по 60 витков, а толщина провода подбирается с тем учётом, чтобы катушки уместились на статоре.

Если катушки наматываются круглые, то круглые магниты должны быть не больше внутреннего диаметра катушек, так как верхние и нижние части катушек в индукции не участвуют, а ток возбуждается в параллельных витках хода магнита. Или наматывают вытянутые катушки треугольной и конусной формы, это позволяет использовать более толстый провод и уместить их на статоре, или при соединении в звезду наматывать большее количество витков для увеличения напряжения.

Ну чтож, про соотношение катушек к числу магнитных пар я думаю понятно, теперь про число самих полюсов.Магниты на дисках располагаются с чередованием полюсов,и каждая пара магнитов на дисках должна притягиваться, то есть —++—++ и т.д. Понятно, что чем больше магнитных полюсов тем на более меньших оборотах генератор начинает давать приемлемый для зарядки ток. Но очень большое число магнитов часто трудно воплотить в конструкции, так как размеры катушек становятся очень маленькими из-за ограниченных размеров статора.

Обычно делают начиная с 12-ти полюсов, то-есть 12 магнитных пар и катушек. Такие генераторы хорошо работают с двумя — тремя лопастями. Но у 2-3-х лопастей есть один минус, они плохо стартуют на малом ветру и нестабильно работают на среднем, а плюс в том что на хорошем ветру они набирают достаточно большие обороты, до 500-800.

Прислал:

Самодельный ветряк с генератором. Интерес представляет в основном тип генератора. Эта конструкция является весьма распространённой и простой, однако, на нашем сайте она до сих пор не была представлена.
Автор Бурлака Виктор Афанасьевич.

Я сделал фотосессию моего маленького ветрячка или, как я называю, действующей модели. Так как я его построил неожиданно для себя, просто решил потренироваться и узнать что получится, то сначала ничего не фотографировал, не думал, что им могут заинтересоваться, фотосессия получилась в обратном порядке, т.е. дедукцией – от целого к частям.

А теперь немного истории, и все по порядку:

Построить ветряк – моя давнишняя мечта, но было много препятствий. То жил в городской квартире, а дачи не было. То переезды из одного города в другой, потом в третий. В Светловодске я живу последние 18 лет. Здесь есть все условия – частный коттедж на две семьи, 5 соток огорода и столько же сада. С востока и юга открытая местность, с севера и запада рельеф выше моего. Ветры не балуют, т.е. не очень сильные. Ну, думаю, здесь я построю ветряк для души.

Неспеша делал мачту. На чермете подбирал подходящие куски труб, начиная с диаметра 325 мм по 1,5 м длиною (чтобы помещалась в багажнике моей машины). Взамен сдавал металлолом. Получилась мачта длиной 12м. Для фундамента привез бракованный фундаментный блок от высоковольтной опоры. Закопал его на 2метра в землю и 1м остался над землей. Затем обварил его двумя поясами из уголка, к ним приварил кронштейны. На концы кронштейнов к анкерным болтам приварил «пластинки» из 16мм железа размером 50 х 50 см, соединенных между собой мощными петлями. Купил на рынке мягкие 10 мм тросы и талрепы, все анодированное, не ржавеет. Сварил и закопал анкер под съемную лебедку. Лебедку тоже пришлось делать самодельную, используя готовый червячный редуктор. Кроме того, установил П-образную подпорку высотой около 2м, на которую должна ложиться мачта. Так как спешить было некуда – мачта делалась без спешки и поэтому получилась, на мой взгляд, красивая и надежная.

И тут Бог, видя мои труды, благословил меня выйти на форум http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:4219-74#1829 . Я его весь перечитал, зарегистрировался, и стал набираться опыта. Начал переделывать автогенератор, а когда перевел с английского «заморские» сайты (Хью Пигота и др.) по построению торцевых генераторов без железа в катушках, очень захотелось попробовать и самому это сделать, хотя бы в миниатюре.

Общий вид ветряка

Генератор

Генератор, вид сбоку.

Выход проводов.

Лопасти, корпус и разобранный генератор.

Решил построить действующую уменьшенную модель, чтобы выдавала до 1 ампера на 12-вольтовый аккумулятор.

Для изготовления ротора купил в Знаменке на предприятии «Акустика» 24 шт. дисковых неодимовых магнита 20*5 мм. Нашел ступицу от колеса мотоблока, токарь по моим чертежам выточил два стальных диска диаметром по 105мм и толщиной 5мм, распорную втулку толщиной 15мм и вал. На диски наклеил и до половины залил эпоксидкой магниты по 12 шт на каждый, чередуя их полярность.

Для изготовления статора намотал 12 катушек эмальпроволокой диаметром 0,5мм по 60 витков на катушку (взял проволоку с петли размагничивания старого негодного цветного кинескопа, там его достаточно). Распаял катушки последовательно конец с концом, начало с началом и т.д. (Вот здесь «не понял», если можно ли соединять все последовательно, чтобы получилась одна фаза? Желательно проверить при изготовлении. Прим.ред. ) Получилась одна фаза (боялся, что будет маловато напряжения). Выпилил из 4 мм фанеры форму, натёр её воском.

Жаль, вся форма в сборе не сохранилась. На нижнее основание положил вощеную бумагу (спёр в жены на кухне, она выпечку на ней делает), на неё наложил форму с круглячком в центре. Потом вырезал со стеклоткани два кружка. Один постелил на вощеную бумагу нижнего основания формы. На него выложил распаянные между собой катушки. Выводы из многожильного изолированного провода проложил в выпиленные ножовкой неглубокие пазы. Залил все это эпоксидкой. Подождал около часа, чтобы пузырьки воздуха все вышли, и эпоксидка разлилась равномерно по всей форме и пропитала катушки, долил, где надо, и накрыл вторым кружком стеклоткани. Сверху положил второй лист вощеной бумаги и прижал верхним основанием (куском ДСП). Главное, чтобы оба основания были строго плоскими. Утром разъединил форму и извлек красивый прозрачный статор толщиной 4мм.

Жаль, что для более мощного ветряка эпоксидка не годится, т.к. боится высокой температуры.

В ступицу вставил 2 подшипника, в них вал со шпонкой, на вал первый диск ротора с наклеенными и залитыми до половины эпоксидкой магнитами, потом распорную втулку толщиной 15мм. Толщина статора с залитыми катушками 4мм, толщина магнитов 5мм, итого 5+4+5=14мм. На дисках ротора оставлены бортики на краях по 0,5мм чтобы упирались магниты при центробежной силе (на всякий случай). Поэтому отнимем 1мм. Осталось 13мм. На зазоры остается по 1мм. Поэтому распорка 15мм. Потом статор (прозрачный диск с катушками), который крепится к ступице тремя медными 5 мм болтами, их видно на фото. После ставится второй диск ротора, который упирается в распорную втулку. Нужно остерегаться, чтобы палец не попал под магниты – очень больно защемляют. (Противоположные магниты на дисках должны иметь разную полярность, т.е. притягиваться.)

Эскиз ветряка.

Зазоры между магнитами и статором регулируются медными гайками, размещенными на медных болтах по обе стороны ступицы.

На оставшуюся выступающую часть вала со шпонкой одевается пропеллер, который через шайбу (а если нужно то и втулку) и гровер прижимается гайкой к ротору. Гайку желательно закрыть обтекателем (я его так и не сделал).

Зато сделал крышу-козырек над ротором и статором, распилив алюминиевую кастрюльку так, чтобы захватить часть донышка и часть боковой стенки.

Пропеллер изготовил из метрового куска дюралевой поливной трубы диаметром 220 мм с толщиной стенки 2,5мм.

Просто на ней нарисовал двухлопастный пропеллер и выпилил электролобзиком. (Из этого же куска я еще выпилил три лопасти длиной по 1м для ветряка на автогенераторе, и еще как видите осталось). Переднюю кромку лопастей я заокруглил «на глаз» радиусом, равным половине толщины дюрали, а зднюю заострил с фаской приблизительно 1см на концах и до 3см к центру.

В центре пропеллера сначала просверлил отверстие 1мм сверлом для балансировки. Балансировать можно прямо на сверле, положив дрель на стол, или подвесить на нить к потолку. Балансировать нужно очень тщательно. Я отдельно балансировал диски ротора и отдельно пропеллер. Ведь обороты доходят до 1500 об/мин.

Так как магнитное залипание отсутствует, пропеллер весело вращается от малейшего ветерка, которого на земле даже не ощущаешь. При рабочем ветре развивает высокие обороты, у меня амперметр на 2А прямого включения, так он часто зашкаливает на 12 вольтовый старый автомобильный аккумулятор. Правда при этом начинает складываться и подниматься вверх хвост, т.е. срабатывает автоматическая защита от сильного ветра и чрезмерных оборотов.

Защита выполнена на основе наклонной оси вращения хвоста.

Отклонение оси составляет 18-20 градусов от вертикали. Извиняюсь за чертеж, я его пытался срисовать с заморского сайта http://www.otherpower.com/otherpower_wind.html

Отработал этот ветрячок у меня 3 месяца. Снял, разобрал – подшипники в порядке, статор тоже цел. Немного приржавели магниты в тех местах, где не попала краска. Кабель идёт напрямую без токосъёмника. Он у меня есть сделанный, но я передумал его ставить. Когда демонтировал малый ветрячек — он не был перекручен. Так что я убедился — он не нужен, только лишние хлопоты. Выдавал он до 30 Ватт мощности. Шум от пропеллера при закрытых окнах не слышен. А при открытых не сильно слышно, если здоровый сон, то не разбудит, тем более на фоне шумов самого ветра.

Есть желание сделать большой по такой же схеме, правда статор нужно делать по-другому, не на эпоксидке. Над этим сейчас думаю. А пока за эти три месяца соорудил ветряк на автогенераторе трехлопастной диаметром 2,2м, мощностью около 400 ватт. О нём в следующей статье.

Ветрогенератор с генератором без магнитного залипания

А теперь немного истории, и все по порядку:

Но когда занялся вплотную, оказалось все не так просто. Литературы подходящей не нашел. Долго не мог определиться с генератором, не знал, как правильно изготовить лопасти, какой редуктор применить, как защитить от урагана и т.п. Как говорится, варился в собственном соку. Но знал, что если очень хочется, то все получится. Неспеша делал мачту. На чермете подбирал подходящие куски труб, начиная с диаметра 325 мм по 1,5 м длиною (чтобы помещалась в багажнике моей машины). Взамен сдавал металлолом. Получилась мачта длиной 12м. Для фундамента привез бракованный фундаментный блок от высоковольтной опоры. Закопал его на 2метра в землю и 1м остался над землей. Затем обварил его двумя поясами из уголка, к ним приварил кронштейны. На концы кронштейнов к анкерным болтам приварил «пластинки» из 16мм железа размером 50 х 50 см, соединенных между собой мощными петлями. Купил на рынке мягкие 10 мм тросы и талрепы, все анодированное, не ржавеет. Сварил и закопал анкер под съемную лебедку. Лебедку тоже пришлось делать самодельную, используя готовый червячный редуктор. Кроме того, установил П-образную подпорку высотой около 2м, на которую должна ложиться мачта. Так как спешить было некуда – мачта делалась без спешки и поэтому получилась, на мой взгляд, красивая и надежная.

Решил построить действующую уменьшенную модель, чтобы выдавала до 1 ампера на 12-вольтовый аккумулятор.

Для изготовления ротора купил 24 шт. дисковых неодимовых магнита 20х5 мм. Нашел ступицу от колеса мотоблока, токарь по моим чертежам выточил два стальных диска диаметром по 105мм и толщиной 5мм, распорную втулку толщиной 15мм и вал. На диски наклеил и до половины залил эпоксидкой магниты по 12 шт на каждый, чередуя их полярность.

Для изготовления статора намотал 12 катушек эмальпроволокой диаметром 0,5мм по 60 витков на катушку (взял проволоку с петли размагничивания старого негодного цветного кинескопа, там его достаточно). Распаял катушки последовательно конец с концом, начало с началом и т.д. Получилась одна фаза (боялся, что будет маловато напряжения). Выпилил из 4 мм фанеры форму, натер ее воском.

Жаль, вся форма в сборе не сохранилась. На нижнее основание положил вощеную бумагу (спер в жены на кухне, она выпечку на ней делает), на нее наложил форму с круглячком в центре. Потом вырезал со стеклоткани два кружка. Один постелил на вощеную бумагу нижнего основания формы. На него выложил распаянные между собой катушки. Выводы из многожильного изолированного провода проложил в выпиленные ножовкой неглубокие пазы. Залил все это эпоксидкой. Подождал около часа, чтобы пузырьки воздуха все вышли, и эпоксидка разлилась равномерно по всей форме и пропитала катушки, долил, где надо, и накрыл вторым кружком стеклоткани. Сверху положил второй лист вощеной бумаги и прижал верхним основанием (куском ДСП). Главное, чтобы оба основания были строго плоскими. Утром разъединил форму и извлек красивый прозрачный статор толщиной 4мм.

Жаль, что для более мощного ветряка эпоксидка не годится, т.к. боится высокой температуры.

Пропеллер изготовил из метрового куска дюралевой поливной трубы диаметром 220 мм с толщиной стенки 2,5мм.

Защита выполнена на основе наклонной оси вращения хвоста.

Отклонение оси составляет 18-20 градусов от вертикали.

Отработал этот ветрячок у меня 3 месяца. Снял, разобрал – подшипники в порядке, статор тоже цел. Немного приржавели магниты в тех местах, где не попала краска. Кабель идет напрямую без токосъемника. Он у меня есть сделанный, но я передумал его ставить. Когда демонтировал малый ветрячек — он небыл перекручен. Так что я убедился — он не нужен, только лишние хлопоты. Выдавал он до 30 ватт мощности. Шум от пропеллера при закрытых окнах не слышен. А при открытых не сильно слышно, если здоровый сон, то не разбудит, тем более на фоне шумов самого ветра.

Критическая роль магнитов в ветряных турбинах —

Насколько важна зеленая энергия?

Энергия ветра стала одним из наиболее жизнеспособных чистых источников энергии на планете. На протяжении многих лет большая часть нашей электроэнергии вырабатывается из угля, нефти и других ископаемых видов топлива. Однако создание энергии из этих ресурсов наносит серьезный ущерб окружающей среде, загрязняя воздух, землю и воду. Осознание этого заставило многих обратиться к зеленой энергии в качестве решения. Таким образом, возобновляемые источники энергии чрезвычайно важны по многим причинам, в том числе:

Положительное воздействие на окружающую среду
Рабочие места и другие экономические выгоды
Улучшение здоровья населения
Обширное и неисчерпаемое энергоснабжение
Более надежная и устойчивая энергетическая система

Знакомство с ветряными турбинами

Современные ветряные турбины сильно отличаются от более ранних версий, датируемых 1854 годом.Сегодня одна ветряная турбина может обеспечивать электроэнергией от 225 до 300 домов. Однако при более мощном и постоянном ветре на прибрежной ветряной электростанции их количество может увеличиться до более чем 400 домов. Имея это в виду, можно спросить, как работают ветряные турбины и какую роль играют постоянные магниты?

Как работают ветряные турбины

Ветровые турбины, которые считаются очень сложным оборудованием, становятся все более популярными в секторе возобновляемых источников энергии. Кроме того, каждая часть турбины играет важную роль в том, как она функционирует, и улавливает энергию ветра.В простейшей форме ветряные турбины работают так:

Сильный ветер вращает лопасти
Лопасти вентилятора подключены к главному каналу в центре
Генератор, подключенный к этому валу, преобразует это движение в электричество

На приведенной ниже диаграмме показано, как работает ветряная турбина, и какие детали ее обеспечивают:

Постоянные магниты в ветровых турбинах

В каждой ветряной турбине и генераторе вы найдете один или несколько невероятных сильный постоянный магнит.Кроме того, разработка новых инновационных технологий в последние годы вдохновила инженеров на использование систем генераторов с постоянными магнитами (PMG) в ветряных турбинах. Таким образом, отпала необходимость в редукторах, что доказало, что системы с постоянными магнитами более экономичны, надежны и не требуют обслуживания. Вместо того, чтобы использовать электричество для излучения магнитного поля, большие неодимовые магниты используются для производства собственных. Более того, это устранило необходимость в деталях, используемых в предыдущих генераторах, одновременно снизив скорость ветра, необходимую для производства энергии.

Почему редкоземельные магниты?

Ветряные турбины предпочитают редкоземельные магниты по трем основным причинам:

Генераторы на постоянных магнитах не нуждаются во внешнем источнике питания для создания магнитного поля
Самовозбуждение также означает набор батарей или конденсаторов для других целей. функции могут быть меньше
Конструкция снижает электрические потери

Кроме того, благодаря генератору с постоянными магнитами с высокой плотностью энергии, снижается вес, связанный с медными обмотками, а также проблемы с повреждением изоляции и коротким замыканием.

Как работают магниты?

Генератор с постоянными магнитами основан на предпосылке, что использование электромагнитных сил производит электричество. Сегодня он пользуется успехом у многих инженеров из-за его довольно дешевой природы и рентабельной мощности по выработке электроэнергии.

Для выработки мощности в ветряных генераторах используется ветер, в генераторах на солнечной энергии используется солнечное тепло, а турбинам с водяным приводом для работы необходим непрерывный поток воды. Тем не менее, генераторы с магнитным приводом не требуют значительных затрат для получения выходной мощности.Это связано с тем, что магниты внутри генератора используют электромагнитные поля для преобразования магнитной энергии в электричество. На схеме ниже представлены более простые способы объяснения того, как магниты работают внутри генератора.

Развитие отрасли

Постоянно растущий спрос на более чистую энергию привел к расцвету ветроэнергетической отрасли в последние несколько лет. Благодаря способности значительно улучшить преобразование энергии ветра в электричество, постоянные магниты стали важным компонентом в конструкции генераторов ветряных турбин.

Более того, постоянные магниты будут оставаться важным компонентом в этой отрасли, поэтому выбор наиболее подходящего магнитного материала, марки и правильного производственного процесса имеет решающее значение для оптимальной производительности. Компания Goudsmit UK может сопровождать вас от проектирования, изготовления и сборки до логистики этих узлов с постоянными магнитами.

Goudsmit UK

Свяжитесь с нами сегодня для получения дополнительной информации по адресу [email protected] или, если вы хотите поговорить с членом нашей команды, свяжитесь с нами по телефону +44 (0) 2890 271 001.

Для получения дополнительной информации загрузите брошюру о наших продуктах и услугах здесь.

Следите за нами в LinkedIn, Twitter и Facebook, чтобы получать регулярные обновления.

Энергия ветра: как получить электричество с помощью магнитов

Более эффективное использование

Из-за нехватки ископаемого топлива и аварий на различных ядерных энергетических реакторах использование энергии ветра приобрело новую актуальность. В связи с изменениями в энергетической политике, которые многие считают необходимыми, энергия ветра становится все более важной, будучи одним из вариантов в качестве возобновляемого источника энергии.

Принцип работы заключается в том, что ветряная турбина собирает кинетическую энергию ветра и преобразует эту энергию через генератор в электрическую энергию. Ветер представляет собой форму альтернативной энергии, очень бережно относящейся к окружающей среде, которая доступна с относительной частотой, хотя и в разной степени, из-за разницы температур между днем и ночью и турбулентности, вызванной атмосферными климатическими условиями.

Возможное увеличение за счет использования неодимовых магнитов и ферритовых магнитов

Если есть относительное движение между магнитным полем и проводником электрического тока, расположенным внутри него, электрический ток течет через проводник, когда цепь замкнута.Результирующие напряжение и ток зависят от скорости относительного движения и напряженности магнитного поля.

Легко видеть, что при более слабом магнитном поле более высокая скорость относительного движения проводника необходима для получения экономичной электроэнергии от ветряной турбины.

Увеличение скорости движения может быть достигнуто в обычных ветряных турбинах с помощью трансмиссии, соединенной между ветровым ротором и генератором. Чем выше передаточное число этой трансмиссии, тем больше будут ее механические потери, что, в свою очередь, снижает общий КПД ветряной турбины.Поэтому желательно, чтобы передаточное число было как можно короче. Конечно, для этого требуется более сильное магнитное поле в генераторе. Из всех известных сегодня магнитных материалов неодимовых магнитов являются самыми прочными. Они могут создавать стабильные и очень мощные магнитные поля. Ферритовые магниты также можно использовать в тех случаях, когда интересна их устойчивость к коррозии и влажности.

Оптимальные магниты для преобразования энергии в электричество

Обычные ветряные турбины работают со скоростью спирали от 10 до 12 об / мин.Однако индукционный генератор требует скорости 1800 об / мин.

Чтобы продвинуться вперед с изменением энергии, которое было сочтено необходимым, также активизировался поиск вариантов оптимизации более новых ветряных турбин. Поскольку использование постоянных магнитов обещает большую энергоэффективность, было исследовано неодимовых магнитов и ферритовых магнитов . Роторы постоянных магнитов в генераторах неизбежно должны иметь больший диаметр для достижения более высокой окружной скорости.Кроме того, необходимо установить большое количество постоянных магнитов, образующих круг.

Важным показателем эффективности ветряных турбин является использование магнитов, позволяющих рассчитать используемую магнитную массу в кг на МВт вырабатываемой энергии. Для более старых ветряных турбин мощностью до 4 МВт использование этого магнита составляет 600 кг на МВт мощности. Для более новых станций мощностью 5 МВт это значение составляет около 500 кг на МВт выработанной мощности. Используя эти рекомендации, можно получить более высокие экономические характеристики ветряной турбины даже при более низких скоростях ветра.

Заключение

Развитие ветряных турбин значительно расширилось по причинам защиты окружающей среды и противодействия глобальному изменению климата, чему также способствует государство. При оптимизации ветряных турбин все более важную роль играет использование высокопроизводительных постоянных магнитов. Если вы хотите получить дополнительную информацию о магнитных свойствах, не стесняйтесь обращаться в IMA.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами как ветрогенератор

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом как ветрогенератор Статья Учебники по альтернативной энергии 19.06.2010 05.12.2021 Учебники по альтернативной энергии

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом в качестве ветряного генератора

Из предыдущего урока по ветряной турбине мы знаем, что электрический генератор — это вращающаяся машина, которая преобразует механическую энергию, производимую лопастями ротора (первичный двигатель), в электрическую энергию или мощность.Это преобразование энергии основано на законах электромагнитной индукции Фарадея, которые динамически индуцируют ЭДС. (электродвижущая сила) в катушки генератора при его вращении. Существует множество различных конфигураций электрического генератора, но одним из таких электрических генераторов, который мы можем использовать в ветроэнергетической системе, является Permanent Magnet DC Generator или PMDC Generator .

Машины с постоянным магнитом постоянного тока (DC) могут использоваться либо как обычные двигатели, либо как ветряные генераторы постоянного тока, поскольку конструктивно между ними нет принципиальной разницы.Фактически, та же самая машина PMDC может приводиться в действие электрически, как двигатель для перемещения механической нагрузки, или она может приводиться в действие механически как простой генератор для генерации выходного напряжения. Это делает генератор постоянного тока с постоянным магнитом (генератор PMDC) идеальным для использования в качестве простого ветряного генератора.

Если мы подключим машину постоянного тока к источнику постоянного тока, якорь будет вращаться с фиксированной скоростью, определяемой подключенным напряжением питания и напряженностью его магнитного поля, тем самым действуя как «двигатель», создающий крутящий момент.Однако, если мы механически вращаем якорь со скоростью, превышающей расчетную скорость двигателя, используя лопасти ротора, то мы можем эффективно преобразовать этот двигатель постоянного тока в генератор постоянного тока, производящий генерируемую выходную ЭДС, пропорциональную его скорости вращения и магнитному полю. сила.

Обычно в обычных машинах постоянного тока обмотка возбуждения находится на статоре, а обмотка якоря — на роторе. Это означает, что у них есть выходные катушки, которые вращаются со стационарным магнитным полем, которое создает требуемый магнитный поток.Электроэнергия снимается непосредственно с якоря через угольные щетки с магнитным полем, которое регулирует мощность, подаваемую либо постоянными магнитами, либо электромагнитом.

Вращающиеся катушки якоря проходят через это стационарное или статическое магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует электрический ток в катушках. В генераторе постоянного тока с постоянным магнитом якорь вращается, поэтому весь генерируемый ток должен проходить через коммутатор или через контактные кольца и угольные щетки, обеспечивающие электроэнергию на его выходных клеммах, как показано.

Типовая конструкция генератора постоянного тока

Простой генератор постоянного тока может быть сконструирован различными способами в зависимости от соотношения и взаимосвязи каждой из катушек магнитного поля относительно якоря. Двумя основными соединениями для машины постоянного тока с самовозбуждением являются «Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой», в котором основная обмотка возбуждения соединена параллельно с якорем. «Генератор постоянного тока с последовательной обмоткой» имеет токоведущую обмотку возбуждения, соединенную в серии серии с якорем.Каждый тип конструкции генератора постоянного тока имеет определенные преимущества и недостатки.

Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой — В этих генераторах ток поля (возбуждения) и, следовательно, магнитное поле увеличивается с рабочей скоростью, так как это зависит от выходного напряжения. Напряжение якоря и электрический крутящий момент также увеличиваются с увеличением скорости. Генератор с параллельной обмоткой, работающий с постоянной скоростью при различных условиях нагрузки, имеет гораздо более стабильное выходное напряжение, чем генератор с последовательной обмоткой.Однако по мере увеличения тока нагрузки внутренние потери мощности через якорь вызывают пропорциональное уменьшение выходного напряжения.

В результате ток через поле уменьшается, уменьшая магнитное поле и вызывая еще большее падение напряжения, а если ток нагрузки намного выше, чем конструкция генератора, снижение выходного напряжения становится настолько серьезным, что приводит к большому внутреннему якорю. потери и перегрев генератора. В результате генераторы постоянного тока с шунтирующей обмоткой обычно не используются для больших постоянных электрических нагрузок.

Генератор постоянного тока серии с обмоткой — ток возбуждения (возбуждения) в генераторе с последовательной обмоткой совпадает с током, который генератор подает на нагрузку, поскольку они оба подключены последовательно. Если подключенная нагрузка мала и потребляет небольшой ток, ток возбуждения также невелик. Следовательно, магнитное поле обмотки последовательного возбуждения слишком слабое, и генерируемое напряжение также низкое.

Аналогичным образом, если подключенная нагрузка потребляет большой ток, ток возбуждения также будет высоким.Следовательно, магнитное поле обмотки последовательного возбуждения очень сильное, а генерируемое напряжение высокое. Одним из основных недостатков генератора постоянного тока с последовательной обмоткой является то, что он плохо регулирует напряжение, и в результате генераторы постоянного тока с последовательной обмоткой обычно не используются для неустойчивых нагрузок.

И самовозбуждающиеся генераторы постоянного тока с шунтовой обмоткой и серии имеют недостаток в том, что изменения тока нагрузки вызывают серьезные изменения выходного напряжения генератора из-за реакции якоря, и в результате эти типы генераторов постоянного тока редко используются в качестве генераторы ветряных турбин.Однако «составной» подключенный генератор постоянного тока имеет комбинацию как шунтирующих, так и последовательных обмоток, объединенных в один генератор, и которые могут быть соединены таким образом, чтобы производить «составной генератор постоянного тока с коротким шунтом» или «составной генератор постоянного тока с длинным шунтом». генератор». Этот тип конструкции генератора постоянного тока с самовозбуждением позволяет объединить преимущества каждого типа в одной машине постоянного тока.

Еще один способ преодолеть недостатки генератора постоянного тока с самовозбуждением — обеспечить внешнее соединение обмоток возбуждения.Затем это производит другой тип генератора постоянного тока, называемый Генератор постоянного тока с отдельным возбуждением .

Как следует из названия, генератор постоянного тока с отдельным возбуждением питается от независимого внешнего источника постоянного тока для обмотки возбуждения. Это позволяет току возбуждения создавать постоянный поток магнитного поля независимо от условий нагрузки на якорь. Когда к генератору не подключена электрическая нагрузка, ток не течет, и на выходных клеммах появляется только номинальное напряжение генератора.

Если к выходу подключена электрическая нагрузка, будет течь ток, и генератор начнет подавать электроэнергию на нагрузку.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением имеет множество применений и может использоваться в ветряных генераторах. Однако генераторы постоянного тока для ветряных турбин имеют тот недостаток, что для возбуждения шунтирующего поля требуется отдельный источник питания постоянного тока. Однако мы можем преодолеть этот недостаток, заменив обмотку возбуждения постоянными магнитами, создав генератор постоянного тока с постоянным магнитом или генератор PMDC .

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом можно рассматривать как щеточный двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и постоянным магнитным потоком. Фактически, почти все щеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) можно использовать в качестве генераторов PMDC с постоянными магнитами, но, поскольку они на самом деле не предназначены для использования в качестве генераторов, они не могут быть хорошими генераторами ветряных турбин, потому что при работе в качестве простых генераторов постоянного тока В генераторе вращающееся поле действует как тормоз, замедляющий ротор.Эти машины постоянного тока состоят из статора, имеющего редкоземельные постоянные магниты, такие как неодим или самарий-кобальт, для создания очень сильного потока поля статора вместо намотанных катушек и коммутатора, подключенного через щетки к намотанному якорю, как раньше.

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом

При использовании в качестве генераторов постоянного тока с постоянными магнитами, двигатели с постоянным магнитным постоянным током, как правило, должны приводиться в движение намного быстрее, чем их номинальная скорость двигателя, чтобы обеспечить напряжение, близкое к номинальному, поэтому машины постоянного тока с высоким напряжением и низкой частотой вращения могут быть лучшими генераторами постоянного тока.Основное преимущество перед другими типами генераторов постоянного тока заключается в том, что генератор постоянного тока с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменения скорости ветра, потому что их сильное поле статора всегда присутствует и постоянно.

Генераторы постоянного тока с постоянным магнитом обычно легче, чем машины с обмоткой статора для данной номинальной мощности, и имеют более высокий КПД, поскольку отсутствуют обмотки возбуждения и потери в обмотках возбуждения. Кроме того, поскольку статор снабжен системой полюсов постоянного магнита, он устойчив к воздействию возможного попадания грязи.Однако, если постоянные магниты не герметизированы полностью, они будут притягивать ферромагнитную пыль и металлическую стружку (также называемую стружкой или опилкой), что может вызвать внутренние повреждения.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами является хорошим выбором для небольших ветряных турбин, поскольку они надежны, могут работать на низких скоростях вращения и обеспечивать хорошую эффективность, особенно в условиях слабого ветра, поскольку их точка включения довольно низкая.

Существует множество готовых генераторов постоянного тока с постоянными магнитами с широким диапазоном выходной мощности от нескольких ватт до многих тысяч ватт.Напряжение постоянного тока, создаваемое машиной постоянного тока с постоянными магнитами, определяется следующими тремя факторами:

Магнитное поле, создаваемое статором. Это зависит от физических размеров генератора, силы и типа используемых постоянных магнитов.
Число витков или витков провода на якоре. Это значение фиксируется физическим размером генератора и якоря, а также размером проводника. Чем больше витков используется, тем выше выходное напряжение.Точно так же, чем больше диаметр или площадь поперечного сечения провода, тем выше ток.
Скорость вращения якоря, которая определяется скоростью лопастей ротора относительно скорости ветра. Для генераторов и двигателей PMDC выходное напряжение пропорционально скорости и, как правило, линейно.

Наиболее распространенным типом генераторов постоянного тока для ветряных турбин и небольших ветряных турбин, используемых для зарядки аккумуляторов, является генератор постоянного тока с постоянными магнитами, также известный как Dynamo .Динамо-машины — хороший выбор для новичков в ветроэнергетике, поскольку они большие, тяжелые и, как правило, имеют очень хорошие подшипники, поэтому вы можете установить довольно большие лопасти ротора прямо на вал их шкива.

Дизельные динамо-машины для грузовиков или автобусов старого образца — лучший выбор для ветряных турбин, поскольку они предназначены для выработки необходимого напряжения и тока на более низких скоростях с упором на эффективность, а не на максимальную мощность. Кроме того, большинство динамо-машин для автобусов и грузовиков могут генерировать мощность до 500 Вт при 24 В, чего более чем достаточно для зарядки аккумуляторов и питания фонарей для небольшой системы низкого напряжения.

Другие типы двигателей с постоянным постоянным током, которые подходят для ветряных генераторов постоянного тока, включают тяговые двигатели, используемые в тележках для гольфа, вилочных погрузчиках и электромобилях. Обычно это двигатели на 24, 36 или 48 В с высоким КПД и номинальной мощностью. Одним из основных недостатков генератора постоянного тока с постоянными магнитами является то, что эти машины имеют коммутирующие щетки, которые пропускают полный выходной ток генератора, поэтому машины постоянного тока, используемые в качестве динамо-машин и генераторов, требуют регулярного обслуживания, поскольку угольные щетки, используемые для быстрого отвода генерируемого тока. изнашиваются и производят большое количество электропроводящей угольной пыли внутри машины.Поэтому иногда используются генераторы переменного тока.

Автомобильные генераторы переменного тока — еще один очень популярный выбор в качестве простого генератора постоянного тока для использования в качестве генератора ветровой турбины, особенно среди новичков и энтузиастов DIY, поскольку низковольтный постоянный ток также может генерироваться генераторами переменного тока. Большинство автомобильных генераторов переменного тока содержат выпрямители переменного тока в постоянный, которые подают постоянное напряжение и ток. В генераторе переменного тока магнитное поле вращается, и переменный трехфазный переменный ток, который генерируется неподвижными обмотками статора, преобразуется в 12 вольт постоянного тока внутренней схемой выпрямителя.У автомобильных генераторов переменного тока есть явное преимущество, заключающееся в том, что они специально разработаны для зарядки 12 или 24-вольтовых батарей.

Закрытые генераторы PMDC предпочтительнее использовать в системах ветряных турбин для защиты их от элементов, но стандартные автомобильные генераторы обычно открыты и охлаждаются окружающим воздухом, вентилируемым через генератор, поэтому требуется некоторая дополнительная форма защиты от атмосферных воздействий. Они также бывают разных размеров и номинальной мощности, предназначенные для небольших автомобилей и больших грузовиков, и, хотя они могут быть дешевыми и легкодоступными, они не очень эффективны по сравнению с более крупным генератором постоянного тока с постоянными магнитами.

Ключ к простоте и повышению эффективности заключается в создании ветряной турбины с прямым приводом, в которой лопасти турбины установлены непосредственно на валу главного шкива генератора. Как только вы вводите шестерни, ремни, шкивы или любые другие способы увеличения или уменьшения их скорости, вы вносите потери энергии, дополнительные затраты и сложность.

Хотя хороший трехлопастный ротор диаметром от 1,5 до 2 метров может развивать скорость, превышающую 1000 об / мин, это все еще слишком медленно, чтобы быть подходящим для большинства обычных автомобильных генераторов переменного тока, которые вращаются со скоростью от 2000. и 10 000 об / мин, поскольку они прикреплены к двигателю автомобиля, поэтому потребуется система коробки передач или шкивов для увеличения скорости вращения генератора и увеличения выходной мощности генератора.

Кроме того, автомобильным генераторам требуется дополнительный внешний источник питания для подачи небольшого тока смещения (обычно через индикаторную лампу приборной панели) на их катушки возбуждения, чтобы запустить возбуждение и, следовательно, процесс генерации до того, как генератор переменного тока достигнет скорости включения . Этот внешний ток возбуждения может подаваться от присоединенного блока батарей, но проблема заключается в том, что батареи будут продолжать подавать ток, возможно, разряжая батареи, даже когда лопасти турбины неподвижны в периоды нулевого или слабого ветра.Другая проблема современных автомобильных генераторов заключается в том, что они построены из соображений дешевизны и легкости, поэтому обычно используются только валы ротора небольшого диаметра 5/8 дюйма или 17 мм для установки шкива, который может быть немного маловат, чтобы выдерживать вес и напряжения вращающихся лопастей.

Одной из самых сложных частей проектирования небольшой ветряной турбины низкого напряжения для производства электроэнергии является поиск подходящего генератора постоянного тока. Генераторы постоянного тока с постоянными магнитами — это низкоскоростные генераторы, которые довольно надежны и эффективны при слабом ветре для использования в автономных автономных системах для зарядки батарей или для питания низковольтного освещения и приборов.Как правило, они имеют линейные кривые мощности с низкой скоростью включения около 10 миль в час. К сожалению, старые генераторы постоянного тока на постоянных магнитах, которые больше, тяжелее и надежнее, становится все труднее найти.

Помимо генераторов постоянного тока с постоянными магнитами, автомобильный генератор переменного тока также является еще одним популярным выбором среди многих мастеров для использования в качестве генераторов постоянного тока низкого напряжения для ветряных турбин. Однако, будучи автомобильным генератором переменного тока, прикрученным сбоку, или двигателем внутреннего сгорания, они требуют высоких оборотов для выработки энергии и не всегда очень эффективны.Автомобильные генераторы также требуют внешнего источника питания для питания электромагнитов, которые создают внутреннее магнитное поле.

Автомобильные генераторы переменного тока ограничивают собственный ток с помощью встроенной схемы регулятора, которая также предотвращает перезарядку подключенных аккумуляторов генератором. Однако автомобильный генератор переменного тока никогда не должен подключаться к батарее задним ходом или запускать генератор на высоких оборотах без подключенной батареи, так как выходное напряжение поднимется до высоких уровней (намного больше 12 вольт) и разрушит внутренний выпрямитель.

Низковольтные автономные ветроэнергетические системы постоянного тока отлично подходят для зарядки аккумуляторов и т. Д., Но если мы хотим питать более крупные подключенные к сети электроприборы или иметь систему, привязанную к сети, нам нужно либо использовать инвертор в той или иной форме, чтобы изменить низкое напряжение. напряжение постоянного тока, генерируемое генератором постоянного тока с постоянными магнитами, в источник переменного тока более высокого напряжения (120 или 240 вольт) или установить другой тип ветряного генератора.

В следующем руководстве по ветроэнергетике мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой синхронным генератором.Синхронный генератор сильно отличается от генератора постоянного тока с постоянными магнитами, потому что он может использоваться для выработки электроэнергии трехфазной сети переменного или переменного тока.

Новый внешний вид генератора открывает двери для морских ветряных турбин мощностью 25 МВт

Концепция генераторов с постоянным магнитом (PMG) с прямым приводом нового поколения, которая могла бы открыть инженерам путь для разработки гигантских морских ветряных турбин мощностью 25 МВт, находится на пути к выходу на рынок К 2022 году испытания прототипа начнутся в британском центре исследований и разработок в области оффшорных возобновляемых источников энергии (ORE) Catapult.

PMG, разработанный британским стартапом Greenspur Renewables, использует ферриты — керамику с высоким содержанием железа — для своих магнитов, а не современные редкоземельные материалы, поставки которых монополизированы Китаем, и строится вокруг модульная архитектура, что делает его масштабируемым, простым в ремонте и обслуживании.

Расчетная конструкция рассчитана на снижение капитальных затрат на генератор с прямым приводом на треть, что снижает стоимость турбины почти на 5%.

«Новая технология GreenSpur решает основные проблемы, с которыми сталкивается следующее поколение ГПМ DD [с прямым приводом]», — сказал коммерческий директор Greenspur Эндрю Хайн.

«Текущее поколение генераторов с прямым приводом, используемых в сегодняшних морских ветряных [турбинах], основано на редкоземельных магнитах. Мало того, что в их поставках доминирует Китай — и, возможно, они будут ограничены в рамках продолжающейся торговой войны между США и Китаем — существует также конкуренция за поставку магнитов из других быстрорастущих отраслей, включая оборону, вычислительную технику и электромобили.

«В то время как в мобильном телефоне используется лишь небольшое количество редкоземельных элементов, каждый крупный генератор DD-PMG может потреблять несколько тонн — и цены на сырьевые товары теперь снова начали расти.

Замена дорогостоящих редкоземельных материалов на ферриты снизила бы стоимость магнитов PMG с 40 фунтов стерлингов (50 долларов США) за килограмм (кг) до примерно 1 фунта стерлингов / кг.

И Хайн отмечает, что, поскольку феррит является отходом, образующимся в процессе производства стали, концепция Greespur также исключает экологически опасную добычу редкоземельных элементов из-за промышленного воздействия конструкции ГПМ.

Модульность означает, что генераторы могут быть построены поэтапно, при этом морская турбина мощностью 12 МВт создается путем «штабелирования» трех блоков по 4 МВт параллельно.

«Мы смоделировали трехступенчатые блоки мощностью до 17 МВт, то есть 5,7 МВт на ступень. Увеличение количества ступеней до четырех увеличит мощность до 22,7 МВт », — сказал Хайн Recharge . «Мы не пытались определить максимальный верхний предел, но мы определенно считаем, что 25 МВт было бы возможно».

Greenspur протестировал версию генератора мощностью 75 кВт на ORE Catapult в 2017 году. В настоящее время проходят испытания установка, поддерживаемая грантом в размере 1,25 млн фунтов стерлингов от государственного финансирующего органа Innovate UK, представляет собой одноступенчатую модель мощностью 250 кВт, которая является частью четырехступенчатой системы. этап 1МВт.

Тони Куинн, директор по тестированию и валидации в ORE Catapult, сказал: «Наша испытательная установка трансмиссии мощностью 1 МВт способна предоставить GreenSpur идеальную среду для тестирования и демонстрации своей инновационной технологии, позволяющей масштабировать ее с 75 кВт до 250 кВт. ”

Хайн отмечает, что модульность не только значительно снижает стоимость ГПМ для морских ветряных турбин, но и помогает сократить время простоя турбины и снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.

«Поскольку наш генератор является модульным, каждую ступень можно настроить для работы независимо.Например, если мы развернем трехступенчатый генератор мощностью 12 МВт, [если] одна ступень выйдет из строя, другие две ступени могут продолжить работу независимо и выдать 8 МВт.

«Это означает, что поспешный ремонт генератора не будет таким важным, как для существующих генераторов, отказ которых приведет к выходу из строя всей турбины».

Обсуждения использования PMG «ведутся» с рядом OEM-производителей, подтвердил Хайн, но Greenspur «в настоящий момент не может назвать имена».

Последствия использования редкоземельных элементов на рынке энергии ветра

Эти металлы, более ценные, чем золото или нефть, представляют ценность для нескольких отраслей, включая производителей оборудования для возобновляемых источников энергии.Лидеры ветряных турбин Vestas, Siemens Gamesa и General Electric нуждаются в РЗЭ для синхронных генераторов на постоянных магнитах (PMSG), используемых в некоторых ветряных турбинах. В 2015 году Объединенный исследовательский центр ЕС сообщил, что 23% турбин использовали PMSG [i], и прогнозы показывают, что их количество может достичь 41% в 2020 году и 72% в 2030 году, поскольку инвестиции в возобновляемые источники энергии продолжают расти [ii].

Хотя РЗЭ не так редки, как следует из их названия, когда дело доходит до мировых запасов, их дефицит объясняется тем фактом, что их очень трудно извлечь химическим путем.Кроме того, использование РЗЭ связано с различными экологическими и социальными проблемами.

Воздействие на окружающую среду : Хотя энергия ветра сама по себе является экологически чистой на этапе использования, этого нельзя сказать о производстве ветряных турбин. Воздействие на окружающую среду добычи редкоземельных элементов оценивается более разрушительно, чем добыча ископаемого топлива, из-за токсичных сточных вод, выбросов и отходов, образующихся в результате необходимой интенсивной горнодобывающей деятельности [iii].По данным BBC, тонны радиоактивных отходов образуются при производстве ветряных турбин в результате переработки РЗЭ [iv].

Социальное воздействие : Добыча РЗЭ негативно повлияла на доступ к пресной воде и производству продуктов питания в местных сообществах, окружающих редкоземельные рудники. В некоторых случаях растительность перестала расти, крупный рогатый скот погиб от токсинов в почве, а питьевая вода была загрязнена [v]. Есть также веские доказательства того, что горнодобывающая деятельность нанесла серьезный ущерб здоровью [vi].Уровень заболеваемости раком резко возрос среди населения, проживающего в деревнях, окружающих шахты в Китае [vii]. Кроме того, НПО обнаружили, что добыча редкоземельных элементов связана с нарушениями прав человека, включая принудительный труд и детский труд [viii].

Влияние на управление : Поскольку штаты обладают правами на добычу полезных ископаемых и осуществляют надзор за утверждениями регулирующих органов и выдачей разрешений, горнодобывающие компании могут испытывать необходимость поддерживать позитивные отношения с правительствами и регулирующими органами.Для поддержания этих отношений компании могут также почувствовать необходимость участвовать в выплатах за упрощение формальностей или в откатах, чтобы ускорить или гарантировать одобрение проектов. Средства массовой информации часто сообщают об уклонении от уплаты налогов и взяточничестве среди горнодобывающих компаний, при этом некоторые громкие инциденты касаются Glencore, Vedanta и Rio Tinto [ix]. Нехватка РЗЭ подвергнет компании рискам, связанным с коррупцией и антиконкурентной практикой.

Геополитические аспекты, связанные с корпоративными делами

Как основной экспортер РЗЭ, Китай практически имеет монополию на рынке, что может подвергать иностранные компании закупочным рискам.Опора на единственного поставщика редко бывает безопасной стратегией поиска поставщиков. Когда поставщиком является правительство Китая, политическая напряженность может привести к экспортным ограничениям.

В 2010 году Китай применил свои полномочия, чтобы прекратить поставки РЗЭ в Японию из-за территориального спора, нарушив правила свободной торговли, установленные Всемирной торговой организацией [x]. Это замораживание экспорта отразилось на промышленном секторе Японии и американских компаниях, которые в основном полагаются на Японию в отношении компонентов, в которых используются РЗЭ. BBC и другие СМИ сообщили о риске введения Китаем ограничений на экспорт РЗЭ в США.С., в случае эскалации нынешней торговой войны. Если бы Китай разыграл эту карту, США могли бы потерять триллионы долларов в отраслях, полагающихся на редкоземельные элементы [xi].

Рынок РЗЭ в зеленых технологиях пользуется большим спросом. Однако не ожидается, что производство будет расти достаточно быстро для удовлетворения прогнозируемых потребностей, если отрасли хотят соблюдать Парижское соглашение [xii]. Когда спрос растет, а предложение падает, закон спроса и предложения диктует, что цены обязательно будут расти. Скачок цен на РЗЭ может подвергнуть производителей ветряных турбин, использующих генераторы на постоянных магнитах, значительным операционным рискам.

В целом рынки, связанные с монополиями, подвержены риску колебаний цен. В 2011 году внезапный рост цен на РЗЭ потряс ветроэнергетику и подтолкнул производителей турбин к более бдительному подходу к поиску поставщиков. Хотя цены вернулись к докризисному уровню, компании сосредотачивают свои усилия на исследованиях и разработках, чтобы снизить бизнес-риски, связанные с возможным будущим повышением цен [xiii].

Новые ветры усиливаются
Несмотря на то, что по этим вопросам были опубликованы многочисленные тревожные отчеты, инвесторы должны знать, что производители ветряных турбин могут предложить решения по снижению воздействия и рисков, связанных с РЗЭ.
Увеличьте круговой дизайн и усилия по переработке : Магниты в генераторах ветряных турбин представляют собой смесь железа, бора и РЗЭ, которые улучшают их характеристики. Переработка таких сплавов является сложной задачей, учитывая время, технологическую сложность, химические вещества и энергию, необходимые для диссоциации компонентов сплава [xiv]. Тем не менее, есть веские экономические основания для повторного использования и переработки РЗЭ. По мере развития технологий разработка стандартизированных моделей круговой конструкции для облегчения извлечения и повторного использования магнитов ветряных турбин станет рентабельной и обеспечит перспективу обеспечения цепочки поставок [xv].Такие инициативы редки, но производитель ветряных турбин Goldwind разработал программу плавки старых магнитов для изготовления новых [xvi]. Поскольку только около 1% всех РЗЭ перерабатывается из использованных продуктов [xvii], есть много возможностей для улучшения.
Разработать заменители для замены или сокращения использования РЗЭ : Разрабатываются технические альтернативы для сокращения использования РЗЭ. Меньшие и легкие генераторы с постоянными магнитами, которые требуют меньше РЗЭ, внедряются по всей Европе [xviii].
Например, британская компания GreenSpur Renewables разработала первый в мире PMSG на основе феррита, который, в отличие от РЗЭ, имеет надежные поставки. Немецкая компания Enercon разработала безредукторную конструкцию для ветряных турбин, не содержащую РЗЭ [xix]. Проект EcoSwing, финансируемый в 2015 году Рамочной программой ЕС по исследованиям и инновациям h3020, был направлен на замену постоянных магнитов сверхпроводниками [xx]. Проект был успешным, и разработанная новая технология позволила значительно снизить содержание РЗЭ в генераторах с 200 кг / МВт до менее 2 кг / МВт [xxi].
Правительства нескольких стран также рассматривают возможность расширения местной горнодобывающей промышленности для устранения рисков, связанных с монополией Китая. Но пока США и Европа изучают свой потенциал для добычи РЗЭ, открытие шахт в таких странах, как Франция, например, может быть скомпрометировано строгими экологическими требованиями и серьезными экологическими проблемами среди населения.
Многие инвесторы рассматривают отказ от ископаемого топлива и инвестирование в возобновляемые источники энергии как более эффективный способ предотвратить катастрофические последствия для планеты.Хотя переход к низкоуглеродной экономике в конечном итоге поможет замедлить изменение климата, мы не должны действовать вслепую. Связанные с новыми технологиями риски ESG должны тщательно контролироваться, что продемонстрировано на примере ветровой энергии. К счастью, инновации помогают снизить связанные с этим риски.
(PDF) Технология с постоянными магнитами в ветроэнергетических генераторах
V. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ДРУГОГО ПРИВОДА
ПОЕЗДОВ
Часто номинальная точечная эффективность является одним из основных критериев
при сравнении технологии PM с традиционными решениями.
Ветряная турбина, однако, обычно работает на частичных нагрузках
, а период использования полной нагрузки обычно находится в диапазоне
от 2000 до 3000 часов в год. Поскольку время пакета
в основном зависит от общего объема произведенной годовой энергии, необходимо тщательно изучить весь рабочий диапазон турбины
и ее электрические компоненты
.
Рабочая зона генераторов с двойным питанием
ограничена примерно ± 30% от синхронной скорости, что
означает работу между скоростями 0.54-1, в то время как генератор PM-
вырабатывает мощность с относительной скоростью 0,2-1. Из-за
этих фактов общая эффективность трансмиссии PM-
может быть выше, что, в свою очередь, означает увеличение годового объема электроэнергии.
производство энергии.
Четыре различных машины были спроектированы с использованием хорошей конструкции
принципов: 1) машина мощностью 2 МВт с номинальной скоростью
1500 мин-1, 2) высокоскоростная (HS) PMSM, 1500 мин-1, 3) среднескоростной (MS) PMSM
, 150 мин-1 и прямой привод
(DD) PMSM, 15 мин-1.В расчетах использовались распределения Вейбулла с различными средними скоростями
и вышеупомянутые машины с постоянным магнитом
. КПД передачи
оценивали согласно [11, 12]. В таблице 1 приведены расчетные значения годовой выработки энергии для
этих машин мощностью 2 МВт
с той же ветряной турбиной. Таблица
ясно показывает, как, особенно при низких скоростях ветра, машины PM
работают более эффективно, чем DFIG.
Таблица 1 Годовое производство энергии различными концепциями ветроэнергетики мощностью 2 МВт
с разными средними скоростями ветра
Приводы 2 МВт с разными типами генераторов
DFIG PMG-HS PMG-MS PMG-DD
Средняя скорость ветра 5,4 м / с
пик =
1172 час
пик =
1274 час
пик =
1318 час
пик =
1321 час
Годовая выработка энергии / МВтч
Сравнение с
100%
2549
104.7%
2636
108,3%
2641
108,5%
Средняя скорость ветра 6,8 м / с
пик =
2021 час
пик =
2073 час
пик =
пик =
пик =
пик =
пик
, пик =
2117 ч
Годовое производство энергии / МВтч
Сравнение с DFIG
4041
100%
4146
102,6%
4263
105 2%
104000
0006 Средняя скорость ветра 8.2 м / с tpeak =
2669 h
tpeak =
2714 h
tpeak =
2783 h
tpeak =
2750 h
Годовое производство энергии / MWh
DIG
Сравнение
100%
5427
101,7%
5566
104,3
5499
103,0%
DD PMG является лучшим при самых низких скоростях ветра, в основном
, поскольку отсутствуют потери в зубчатых передачах и также при малых нагрузках потери меди
остаются небольшими.MS
PMG работает лучше всего при более высоких скоростях ветра. HS PMG страдает от потерь в редукторе
, а DFIG также от потерь в генераторе.
VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Технология постоянных магнитов в ветроэнергетике
была изучена. Свойства магнитов были впервые изучены
, и обсуждалась возможность использования магнитных материалов.
Были изучены различные конструкции генераторов с постоянными магнитами и их свойства
, а также проведено сравнение энергетической эффективности
различных приводных механизмов.Версии с постоянным магнитом
в этом случае показали лучшую энергоэффективность
, когда распределение скорости ветра использовалось в качестве основы для годового производства энергии
.
VII. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] Х. Ли, З. Чен, Обзор различных систем ветрогенераторов и
их сравнения, IET Renew. Генератор мощности., Т. 2, 2008, вып. 2. С.
123–138.
[2] Х. Полиндер, Ф. ван дер Пейл, Г. Вильдер и П. Тавнер, Сравнение концепций
с прямым приводом и редукторным генератором для ветряных турбин, IEEE
Trans.Energy Convers., Т. 21, № 3, сентябрь 2006 г., стр. 725–733.
[3] Й. Пирхонен, Т. Йокинен и В. Грабовцова, Проектирование вращающихся электрических машин
, John Wiley & Sons, 2008, с. 538.
[4] М. Хаависто, М. Паджу, Температурная стабильность и потери магнитного потока
с течением времени в спеченных постоянных магнитах из Nd-Fe-B, IEEE Trans.
Магн., Об. 45, нет. 12, декабрь 2009 г., стр. 5277-5280.
[5] С. Руохо, А. Арккио, Частичное размагничивание постоянных магнитов
в электрических машинах, вызванное наклонным полем, IEEE Trans.
Магн., Об. 44, No. 7, июль 2008 г., стр. 1773-1778.
[6] Р. Скомски, J.M.D. Коуи, Постоянный магнетизм. Исследования по физике конденсированного состояния
/ Под ред. J.M.D. Коуи и Д. Тилли. 1999,
Лондон: Издательский институт физики.
[7] Вилли Д. Джонс, IEEE Spectrum, январь 2010 г., стр. 68
[8] Дж. Пирхёнен, П. Курронен и А. Парвиайнен, Постоянный магнит 3
Разработка низкоскоростных генераторов мощностью
МВт, in прок. ICEM 2006.
[9] J.Сопанен, В. Руусканен, Й. Нерг и Й. Пирхёнен, Анализ динамического крутящего момента
приводной передачи ветряной турбины, включая генератор постоянного магнита
с прямым приводом, представленный в IEEE Trans. Ind. Electron.
[10] М. В. Цистелекан, М. Попеску и М. Попеску, «Исследование числа
комбинаций пазов / полюсов для низкоскоростных генераторов с постоянным магнитом
с хронографией», в Conf. Рек. IEEE IEMDC, Анталия, Турция,
, 3-5 мая 2007 г., стр. 1616–1620.
[11] Northern Power Systems Wind PACT Drive Train Альтернативный дизайн
Отчет об исследовании, NREL / SR-500-35524, 2004
[12] Петтерссон, А. Анализ, моделирование и управление производством с двойной системой питания —
Генераторы для ветряных турбин, Дисс. Chalmers Univ. of Technol-
ogy, 2004, ISBN 91-7291-600-1
[13] Материал центра магнитных технологий в Prizztech Ltd.
[14] Семан, С., 2006. Анализ переходных характеристик ветроэнергетики
Генераторы индукционные.Докторская диссертация. Хельсинкский университет
Technology, 2006.
[15] Й. Пирхёнен, П. Курронен и А. Парвиайнен «Постоянный магнит 3
МВт низкоскоростных генераторов», Международная конференция
по электрическим машинам, ICEM 2006, 2-5 сентября 2006 г., Ханья,
Греция.
VIII. БИОГРАФИИ
Юха Пирхёнен (M’06) стал членом (M) IEEE в 2006 году. Он
получил степень магистра наук. степень в области электротехники, лицензиата
науки (технологии) и D.Sc. степень (технология) от
Лаппеенрантского технологического университета (LUT), Лаппеенранта, Финляндия, в
1982, 1989 и 1991 годах, соответственно. С 1993 года он работал доцентом кафедры электротехники
в ЛУТ, а в 1997 году был назначен профессором
в области электрических машин и приводов. С 1998 по 2006 год он работал руководителем кафедры электротехники
и с 1998 года.
2009. Он активно занимается исследованиями и разработками электродвигателей и
электроприводов.
Янне Нерг (M’99) стал членом (M) IEEE в 1999 году. Он получил
со степенью магистра наук. Диплом в области электротехники, лиценциат наук
(технология) и докторская степень. (Технология), полученная в
Лаппеенрантском технологическом университете (LUT), Лаппеенранта, Финляндия, в
1996, 1998 и 2000 годах, соответственно. В настоящее время он является доцентом
кафедры электротехники ЛУТ. Его исследовательские интересы
находятся в области электрических машин и приводов, особенно электромагнитных
, а также теплового моделирования и проектирования электромагнитных устройств.
Пану Курронен получил степень магистра наук. степень в области электротехники,
лиценциата наук (технологий) и доктора наук. степень (технология)
в Технологическом университете Лаппеенранты (LUT), Лаппеенранта,
Финляндия, в 1990, 1994 и 2003 годах, соответственно. В настоящее время он работает техническим менеджером
в компании Switch Drive Systems.
Юсси Пуранен получил степень магистра наук. степень в области электротехники и
D.Sc. Степень (технология) в Технологическом университете Лаппеенранты
(LUT), Лаппеенранта, Финляндия, в 2003 и 2006 годах, соответственно. Ему
, в настоящее время он работает инженером-разработчиком в компании The Switch Drive
Systems. Его основная обязанность — электромагнитная конструкция ветрогенераторов с постоянными магнитами
.
Минна Хаависто получила степень магистра наук. Получила степень в области материаловедения в Тампере
Технологический университет в 1997 году. Ее карьера с постоянными магнитами
началась в 2005 году, когда она начала работать консультантом по материалам в Технологическом центре Magnet
компании Prizztech Ltd.С 2007 года он выполняет
научно-исследовательских работ по термической стабильности спеченных магнитов NdFeB в рамках своей кандидатской диссертации
. степень.
Ветряная промышленность готовится к «узким местам и скачкам цен» на редкоземельные металлы
Ветряная промышленность готовится к «узким местам и скачкам цен» на редкоземельные металлы
Редкоземельные металлы играют важную роль в новой энергетической экономике, в частности, в морских ветряных турбинах и береговых турбинах Китая.Компании в Европе и США работают над уменьшением своей зависимости от этих элементов и снижением потенциального риска роста цен и дефицита. Ранее в этом году Китай, который доминирует в добыче и переработке редкоземельных элементов, предположил, что эти элементы могут быть вовлечены в его торговые споры с Вашингтоном.
И совсем недавно Президент США Дональд Трамп присматривался к Гренландии, отчасти потому, что она имеет большие месторождения редкоземельных элементов.
Выпуск: Редкоземельные материалы являются ключевой частью экономики чистой энергии и играют центральную роль в некоторых моделях морских ветряных турбин.Но поскольку Китай является единственным реальным поставщиком в городе, производители и рынки обеспокоены влиянием колебаний цен и потенциальных торговых споров
Альтернативы: Рекуперация материалов из использованных продуктов и технологические инновации могут помочь снизить риск
Основная цитата: «Энергетический переход связан, прежде всего, с технологиями и инновациями. Невозможно с уверенностью предсказать, какие технологии возобновляемой энергетики будут развиваться в будущем.”
Мировой годовой спрос на три наиболее используемых редкоземельных металла, каждый из которых способствует развитию экологически чистой энергетики, в 2018 году составил 3,3 миллиарда долларов, сообщает консалтинговое агентство Adamas Intelligence. К 2030 году Адамас прогнозирует увеличение в 2,1 раза мирового спроса на два основных редкоземельных металла (неодим и диспрозий), которые используются в ветряных турбинах и электромобилях. Около трети ветряных турбин, установленных во всем мире в 2018 году, содержат генераторы на постоянных магнитах из редкоземельных элементов (ГПМ). Эта доля может вырасти до двух третей через десять-пятнадцать лет, поскольку конструкции следующего поколения требуют большей «мощности на одну башню», — говорит Гарет Хэтч, руководитель отдела развития бизнеса в консалтинговой компании, — с увеличением количества морских турбин во всем мире, а также на море и на суше. турбины в Китае способствуют росту.
Благодаря устранению необходимости в массивной механической коробке передач, ветряные турбины с ГПМ весят меньше, чем их традиционные аналоги, поясняет Хэтч. И хотя турбины с прямым приводом, содержащие редкоземельные магниты, могут стоить больше, чем турбины с редуктором, они также считаются требующими меньшего обслуживания, что является важным фактором для морских ветряных электростанций, где операции по техническому обслуживанию являются дорогостоящими.
Шаши Барла, аналитик по глобальной цепочке поставок ветровой энергии и технологиям компании Wood Mackenzie Power & Renewables, приходит к аналогичным выводам.По его оценкам, 20-25% новых ветряных турбин, установленных во всем мире в 2018 году, включали ГПМ из редкоземельных элементов, а в следующие десять лет этот показатель вырастет до 65%.
Китай намекнул, что может втянуть эти элементы в свою торговую войну с США, но аналитики настроены скептически. «Я не думаю, что Китай будет использовать их в качестве геополитического оружия. Они уже использовали этот прием десять лет назад, и ветроэнергетика начала искать альтернативы », — говорит Барла. «[] Ветроэнергетика работает над снижением содержания редкоземельных элементов в турбинах с помощью усовершенствований и усовершенствований конструкции.”
Компания Siemens Gamesa со штаб-квартирой в Испании будет постепенно отказываться от генераторов с прямым приводом для наземных турбин к 2020-2021 гг. В первую очередь из-за стоимости технологии и нестабильности цен на диспрозий и, в меньшей степени, на неодим, говорит Барла. Но компания, лидер на рынке оффшорной ветроэнергетики за пределами Китая, продолжит использовать генераторы с прямым приводом с ГПМ для оффшорных турбин, а это означает, что потребление оксидов редкоземельных элементов будет продолжать расти, говорит аналитик. Морские турбины, производимые датской компанией MHI Vestas, включают в себя среднескоростной генератор трансмиссии с редуктором, который использует меньшее количество оксидов редкоземельных элементов.По словам Барла, низкоскоростная турбина с прямым приводом и ГПМ использует в четыре раза больше оксидов редкоземельных элементов, чем среднескоростная трансмиссия. По его словам, у каждой технологии трансмиссии есть свои плюсы и минусы, и разные поставщики принимают разные технологические решения.
WindEurope, отраслевая организация со штаб-квартирой в Брюсселе, выпустит этой осенью отчет о редкоземельных металлах.
Не так уж и редко
Редкоземельные металлы — обычное дело; они разбросаны по поверхности земли и в некоторых случаях их больше, чем меди, олова и свинца.Но редко можно найти их в концентрациях, достаточно высоких для добычи.
17 элементов, известных как редкоземельные металлы, обычно встречаются в отложениях твердых пород или минеральных песках рядом друг с другом. Их также часто смешивают с радиоактивными материалами, такими как торий и, реже, с ураном. Редкоземельные элементы трудно отделить, и для этого требуется интенсивная энергоемкая обработка кислотой, а также экологические проблемы.
Три металла — диспрозий, неодим и празеодим — обычно используются в новой энергетической экономике.Они необходимы для изготовления сплавов для огромных постоянных магнитов, используемых в синхронных генераторах береговых ветряных турбин с прямым приводом и крупных морских ветряных турбин. Без редкоземельных элементов магниты генератора должны быть тяжелее, чтобы быть достаточно мощными, что увеличивает стоимость ветряных турбин.
Значительное количество постоянных магнитов, содержащих редкоземельные элементы, также желательно для двигателей электрических и гибридных автомобилей, электронных велосипедов и электросамокатов, чтобы сделать их более эффективными и увеличить запас хода, сообщает Adamas Intelligence.Редкоземельные элементы используются, например, в мобильных телефонах и жестких дисках компьютеров, истребителях и военных танках.
Ветряная турбина с прямым приводом мощностью 5 мегаватт и генератором на постоянных магнитах будет использовать три тонны постоянных магнитов, одна тонна из которых представляет собой сплав оксидов редкоземельных металлов или другое соединение редкоземельных элементов, говорит Гарет Хэтч, глава отдела развития бизнеса Adamas. В гибридном электромобиле, таком как Toyota Prius, могут использоваться постоянные магниты от 2 до 2,5 кг (кг), в то время как полностью электрическому транспортному средству потребуется 1-2 кг.
Отрасль созревания
В мае 2019 года президент Китая Си Цзиньпин посетил центр добычи редкоземельных металлов в провинции Цзянси. Это была первая поездка Си внутри страны после последней эскалации торговой войны между США и Китаем, которая вызвала опасения, что Китай может использовать редкоземельные элементы, чтобы изменить позицию Вашингтона в отношении введения тарифов на китайские товары. После визита Си мировые цены на редкоземельные элементы немного подскочили. В июне, когда торговая война обострилась, президент США Трамп и премьер-министр Канады Джастин Трюдо поручили чиновникам разработать план двустороннего сотрудничества по «критически важным минералам», таким как редкоземельные элементы, — инициатива, в которой Австралия также участвует в партнерстве.
В июле выяснилось, что Пентагон приступил к оценке отечественных редкоземельных элементов. Затем в августе Трамп предложил купить Гренландию, но эта идея была быстро отвергнута. В июне Госдепартамент США подписал меморандум о сотрудничестве с Гренландией в целях ускорения разведки полезных ископаемых, в том числе редкоземельных элементов.
Возможность глобальных разногласий по редкоземельным элементам очевидна уже давно. Предыдущий лидер Китая Дэн Сяопин сказал в 1992 году: «На Ближнем Востоке есть нефть, а в Китае — редкоземельные элементы.«А почти десять лет назад, после территориального спора, Китай запретил экспорт редкоземельных элементов в Японию, второго по величине производителя редкоземельных постоянных магнитов, что привело к резкому скачку цен. Цена на оксид неодима в 2011 году составляла 360 долларов за килограмм (кг), упав в 2017 году до 50 долларов за килограмм и лишь немного повысившись в 2018 году до 51 доллара за килограмм, сообщает информационный провайдер IHS Markit.
До 1980-х годов США контролировали большую часть мирового рынка редкоземельных элементов, но к 2018 году около 63% редкоземельных минералов было добыто в Китае, а остальные поступали из Мьянмы, Австралии и США, сообщает IHS Markit.В Китае находится треть мировых запасов редкоземельных элементов, в Австралии — около 10%, в России — 10% и в Бразилии — 10–12%. Китай также обрабатывает и разделяет 88% редкоземельных элементов в мире — единственное крупное предприятие по разделению за пределами Китая находится в Малайзии — и на его долю приходится 80% импорта США. Даже небольшое количество редкоземельных элементов, все еще добываемых в США, отправляется в Китай для переработки.
Китайское доминирование
«Китайцы так упорно трудились, чтобы создать промышленность по производству оксидов редкоземельных элементов из дыры в земле, — говорит Роджер Тернер, научный сотрудник Института истории науки США.По его словам, еще один способ взглянуть на подъем Китая к господству заключается в том, что мир довольствовался тем, что передал Китаю загрязнение от добычи и обработки редкоземельных элементов. Но эта чрезмерная зависимость от одной страны начинает вызывать опасения. «Китай блокирует цепочки поставок, в то время как США спят», — говорит Саймон Мур, управляющий директор лондонской компании Benchmark Mineral Intelligence. «Если США продолжат полагаться на Китай, это кончится слезами».
Академик Бостонского университета Джули Клингер, автор книги « Rare Earth Frontiers, », считает, что беспокойство по поводу редкоземельных элементов вызвано более глубоким беспокойством по поводу растущего широкого экономического господства Китая.Она добавляет, что Китай приспосабливает и рационализирует свою развивающуюся отрасль и по экологическим причинам начинает аутсорсинг добычи. Китайское правительство уже направило геологов в Юго-Восточную Азию и Африку для поиска редкоземельных металлов.
Китай также стремится развивать более дорогостоящую переработку редкоземельных элементов и производство компонентов, в которых они используются. Ожидается, что к 2025 году Китай будет контролировать 95% мирового рынка редкоземельных магнитов по сравнению с 90% в 2018 году и 80% в 2010 году, говорит Адамас.По словам консультантов, сырье из редкоземельных элементов будет все больше проходить через цепочку создания стоимости в Китае, оставляя пользователей в большей степени непрозрачности и двусмысленности.
«Китай контролирует большую часть цепочки создания стоимости — как по горизонтали, так и по вертикали — снижает прозрачность и предсказуемость для других, и это важно. Прозрачность и надежность важны для любого бизнеса », — говорит Индра Оверланд, руководитель Центра энергетических исследований Норвежского института международных отношений. Он добавляет: «Одна из самых интересных вещей — это то, что китайцы в данный момент не используют редкоземельное оружие.Если когда-либо и существовала ситуация, в которой было бы привлекательно его использовать, так это должна быть торговая война. [Китай] может поступить так, но в этом случае они тоже заплатят за это ». Китаю нужно зарабатывать деньги, экспортируя оксиды и соединения редкоземельных элементов, а также магниты из редкоземельных элементов.
Технологические инновации
Оверланд, тем не менее, прогнозирует проблемы с поставками и рост цен. По его словам, ветроэнергетика могла бы справиться с этим, создавая запасы редкоземельных элементов, диверсифицируя поставки, где это возможно, и уделяя особое внимание надежным источникам поставок, заключая долгосрочные контракты с «безопасными» поставщиками и используя технологические инновации.
Запад рассматривает возможность развития своих собственных рудников и переработки, при этом компании из США, Канады и Австралии рассматривают возможность инвестирования. Мур из Benchmark Mineral Intelligence подчеркивает, что развитие отрасли требует много времени и денег. Завод по разделению редкоземельных элементов среднего размера может стоить более 1 миллиарда долларов.
Теоретически предложение редкоземельных элементов может быть увеличено за счет добычи полезных ископаемых в городах, извлечения материалов из использованных продуктов. Редкоземельные элементы перерабатываются, но эта отрасль все еще находится в зачаточном состоянии, и цены на редкоземельные элементы недостаточно высоки, чтобы стимулировать развитие горнодобывающей промышленности в городах.По данным IHS Markit, в 2018 году около 10% поставок оксидов редкоземельных элементов в Китае было получено из переработанных источников. Инициативы по переработке также реализуются в Европе, США и Японии, но, по словам консультанта, потребуется время, прежде чем этот материал появится на рынке.
Что касается технологических инноваций, производители ветряных турбин уже имеют альтернативные конфигурации генераторов на своих чертежных досках, и они могут ускорить эти разработки, если возникнут проблемы с поставками редкоземельных элементов и / или скачки цен, говорит Барла из Woodmac.