Самодельный ветрогенератор для дома и дачи: принципы работы, схемы, какой и как делать. Самостоятельное проектирование и изготовление вертикального ветряка на основе асинхронного двигателя Мощный мультипликатор для ветряка своими руками

Самодельный ветряк

Когда случилась перестройка, многим пришлось менять профессию и болезненно искать новое приложение рукам и уму. Среди многих других попыток были у меня и ветряки .

Я добросовестно посвятил этому год с лишним. Довольно быстро понял, что без основательной учебы ничего путного не выйдет. Много было непонятного, но постепенно прояснялось. Наконец, седьмой по счету экземпляр заработал более-менее в соответствии с расчетными характеристиками.

Ветряк задумывался, как источник энергии для дачи с посещением неполную неделю. Замышлялся, как коммерческий продукт. Отсюда и размеры.

ветрогенератор своими руками

Диаметр турбины 1.15 - 1.17м, трехлопастная. Наиболее дискутируемый вопрос количества лопастей решился между двух и трех в пользу трех из-за того, что хотелось, чтобы турбина увереннее работала при слабом ветре. Расчетная скорость 600 - 700 об/мин.

Генератор - коллекторный двигатель 36В с постоянными магнитами болгарского производства. Кажется, эти двигатели массово применялись в ЭВМ семейства ЕС.

Диаметр двигателя 80мм, длина что-то около 140мм?

Старательно снял его характеристики на стенде, используя тахометр, калиброванные нагрузки и прочее. Получил зависимость напряжения от скорости (2.22В*об/с), внутреннее сопротивление (2.5Ом) и вентиляторные потери (механические на трение и перемешивание воздуха).

Оптимальное передаточное число мультипликатора планировалось 4, но из-за желания выполнить его компактно в одну ступень, остановился на 3.33. (Хотя и 4 пробовал). Шестерни нарезал косозубые, меньше шумят. Картер сделать не получилось, хотя для серии это, наверно, нужно. Мазать пару раз в месяц солидолом - несолидно.

Поворотный механизм - свободный ход на резьбе. Угол поворота после 2 - 3 оборотов ограничивался упругостью кабеля. Это оказалось самым простым и надежным решением. Головка вращается на длинной резьбе по полудюймовой трубе через муфту. Конечно, небольшой люфт в этом месте есть. Первоначально муфта делалась длиннее (60 - 70мм) и для облегчения хода на резьбе делалась проточка, оставлялись только верхние и нижние витки (по 2 - 2.5 нитки). Потом оказалось, что люфт не так уж и страшен и узел был упрощен.

Кабель от генератора пропускался в отрезок вертикальной трубы (что-то около 500мм) и выходил через тройник в месте крепления головки к мачте. Упругости полуметрового толстого отрезка кабеля и хватало, чтобы не давать головке поворачиваться в горизонтальной плоскости более, чем на 1.5 - 2 оборота.

Пробовал и безхвостовой вариант, с набегом потока на турбину сзади, но все-таки остановился на классике - с хвостовым флюгером приблизительно 200х400мм, вынесенным на 70-сантиметровом отрезке полудюймовой трубы. Хвостовая труба уравновешивает генераторную головку в горизонтальной плоскости. Вся конструкция закрыта пластиковой канализационной трубой 100(106) мм. Сзади генератора - вертикальный узел поворота и 400мм отрезок полудюймовой трубы для крепления к мачте стандартной муфтой. Там же расположены выходные клеммы генератора. Провод снижения идет далее по мачте снаружи, хотя, можно до самой земли провести его в трубе.

Кожухом отлично работал отрезок канализационной пластиковой трубы 100 (106?) мм. Стопорился одним саморезом снизу. Впереди и сзади кожух был открытым. В приблизительно 8 - 10мм зазор меж кожухом и передним обтекателем заходил воздух для охлаждения генератора, сзади кожух нависал над креплением хвостовой балки на 20 - 25мм, чтобы вода на резьбу не капала.

Хвост на трубе полдюйма пластиковой с хвостовой лопастью (приблизительно 200х400мм) утерян. Стыковался с небольшим грузиком и регулировался по длине, чтобы уравновесить головку на мачте в целом.

При массе генератора 2.5кг вся головка без турбины имеет массу порядка 5кг. Мне показалось, что это неплохой результат.

Особо стоит упомянуть турбину. Пожалуй, технологически самый непростой узел. Вся попавшая под руки литература была написана людьми совершенно далекими от аэродинамики. Большинство советчиков приводили популярные авиационные профили CLARK Y, BC2 и прочее. Методы расчета самолетных винтов и больших турбин совершенно не годились для маленькой тихоходной турбины, ориентированной на работу при слабых и средних ветрах (3-6м/с). Стандартная же технология изготовления лопастей тоже была достаточно трудоемка и, главное, не гарантировала высокой точности и повторяемости профиля.

Что касаемо профиля, то при данных числах Рейнольдса 40 000 - 60 000 самым лучшим оказался профиль типа Купфер, Гетинген 420 и тому подобное. Это знают авиамоделисты. Грубо говоря, это просто дужка, профиль крыла "Фармана" или "Ньюпора" времен первой мировой. При слабых ветрах он дает момент, почти в 1.5 раза больше, чем традиционные, каплевидные. При больших скоростях начинается срыв потока и турбина отчасти саморегулируется.

Профиль потянул за собой и технологию.

Выстругивалась по теоретическому чертежу и лекалам болванка с поверхностью нижней части лопасти. Далее на нее через слой полиэтилена накладывались слои дубового шпона на клею. У комля до 10, у конца - 3 - 4 слоя. Весь пирог тщательно уматывался резиновой лентой и оставлялся на сутки - двое.

После схватывания клея, полуфабрикат лопасти снимался с болванки и сравнительно просто дорабатывался в концевой части и по кромкам шлифовкой. В конце, если требовалась долговечность, все это можно еще оклеить одним слоем стеклоткани на эпоксидке.

На снимке справа - болванка для выклейки лопастей. К ней плотно приматывается резиновой лентой проклеенный пакет дубового шпона. У комля 8 - 10 слоев, у самого конца лопасти 3 - 4. Потом ступенчатость слоев убирается шлифовкой и подшлифовываются кромки. Ну, и форма в плане корректируется по шаблону. Лопасти получаются легкими, жесткими и достаточно одинаковыми, легко балансируются. Впрочем, дуб - слишком серьезно. Можно вполне и что-то полегче. Вообще я без ума от липы... Ну, и оклеить это стеклотканью тоже не мешает, если нужна долговечность.

Слева лежат две оклееные стеклопластиком цельноструганные лопасти из липы от другой, более ранней модели с заклеенными кулачками механизма изменения шага винта. При всей неказистости 2000об/мин как-то вполне выдержали..

Один сезон выдержит и тщательно прогрунтованная и выкрашенная ПФ115 деревяшка. После зимнего хранения в неотапливаемом помещении особого коробления не отмечено. Но хранить турбину нужно подвешенной за ось. Ставить к стене на лопасть - нельзя.

Турбина одевалась на резьбе на вал и сама докручивалась до упора.

Все это в сборе устанавливалось на 5-метровой высоте на мачте из отрезков труб полдюйма, три четверти, дюйм, соединенных муфтами-переходниками. Мачта имела поворотное крепление у земли и четырехтросовую одноярусную систему растяжек из капронового шнура порядка 5мм. Такая конструкция позволяет поднимать/опускать мачту одному человеку.

Нагрузкой служил 12- вольтовой щелочной аккумулятор 55Ач, подключенный просто через 10А диод. Плюс вольтметр и амперметр..

Разрабатывался замысловатый контроллер, как развитие и дополнение. Рабочее напряжение генератора для съема максимума мощности должно меняться. Наивыгоднейший в этом смысле режим - фиксированный ток при меняющемся напряжении. Работа же через диод просто на аккумулятор дает как раз, наоборот - относительно постоянное напряжение при меняющемся токе заряда.

И, пока контроллер периодически привозился, примерялся и увозился домой, обнаружилось, что без контроллера турбина имеет некоторые интересные качества.

Запуск очень легкий, при менее 3м/c. Далее, турбина быстро набирает обороты до начала зарядки (порядка 13 - 14В). После этого рост оборотов идет очень медленно, растет только момент на валу турбины и зарядный ток. Растут, конечно, и потери в самом генераторе и проводах снижения. Но генератор на сильном ветру эффективно охлаждается самим ветром через специально предусмотренные каналы. Характерно, что шумит турбина при разгоне, как только появляется зарядный ток, шум резко уменьшается. В общем, шумит довольно слабо. Когда спишь на даче при сильном ветре, вполне маскируется шумом деревьев, если не знаешь, что турбина установлена.

Я очень опасался, что во время какого-нибудь шквала генератор просто сгорит. Потом посчитал все возможные потери и пришел к выводу, что при теплоемкости конструкции ему нужно минут сорок, чтобы нагреться просто, как болванка, до градусов 70 - 80.

Ветряк все лето проработал под присмотром. оставлять его нельзя было из-за нравов нашего народа и еще: я опять-таки боялся шквала, бури. Однажды, ветер поднялся до 30 - 35м/c. Точного анемометра под руками не было, но я тогда уже прекрасно ориентировался по самой турбине. Достаточно однажды сделать 2 - 3 замера напряжения на эталонную нагрузку по анемометру и сделать таблицу - ветряк сам себе анемометр. Турбина давала 900об/мин, генератор выдавал порядка 150 - 170Вт при 5 - 7А (половина мощности пропадала в слишком тонких проводах снижения порядка 20м) мачту и меня самого ветер при порывах шатал. Я опасался, что все это разлетится вдребезги, но испытания есть испытания.

Я раз десять уверенно останавливал турбину "на полном скаку", замыкая выход генератора накоротко. Ток при этом падал до 2 - 3А и обороты до 1 - 2 в с. Потом, все-таки где-то срезало шплинт и все это засвистело вразнос, пришлось срочно мачту опускать.

Основной вывод из этого эксперимента - маломощную турбину можно уверенно стопорить генератором при сильном ветре. Дополнительные тормоза не нужны. Это потом легко поясняется и в теории.

Я опустил тут многие эксперименты. Работал два сезона плотно. Опробовал и Савониусы, и вертикальные лопасти и еще несколько конструкций. Турбины от 2 до 12 лопастей, автоматы увода из-под ветра и прочее. Делал и генератор на постоянных магнитах, делал сервопривод изменяемого шага лопастей турбины и прочее. Не успел только однолопастник построить.

Могу сказать с уверенностью

1. Ветряк - весьма дорогое удовольствие, если речь идет не о игрушке. В моем случае это только освещение, небольшой электроинструмент (8 - 12 квт*ч в месяц). Для тех, кто на даче привык утюгом фуфайки гладить - бензоагрегат много дешевле.

2. Ничего лучше, чем классическая пропеллерная турбина, просчитанная еше в 20-е годы прошлого века в ветроэнергетике нет и быть не может. Изобретения тут делаются ради самих изобретений.

3. Ветряк - не дело одиночек. Ветряк - СИСТЕМА. Без глубокого понимания всех процессов, без знания основ механики, аэродинамики, электротехники - лучше не связываться с работой такой сложности. Это не для любителей, если хочется что-то в конце получить реально работающее.

Была попытка сделать более тихоходную турбину с двухступенчатым мультипликатором где-то 1 к 5. И бесхвостый вариант с ориентацией за счет парусности самой турбины ("спиной к ветру", уравновешивающей трубой вперед).

Но мультипликатор оказался сложным, а турбина не хотела при слабом ветре разворачиваться. Я тут еще и винт изменяемого шага с сервоприводом реализовал (где-то ранее на снимке лопасти от него). Но сервопривод оказался слишком медлительным, чтобы оперативно реагировать на порывы ветра. И жужжал бесконечно. Потом, по мере продвижения понял, что для такой блохи это лишнее.

Работа была интересной, но пришлось уйти к реалиям. Коммерческий проект такой ВЭС еще нуждался в доработке, собственные ресурсы начинали таять, а тут подвернулось то, что мне было хорошо знакомо - импульсные источники. Вот этим сейчас и занимаюсь уже пятый год.

На сегодня, как мне представляется, мечты о ветряке, подогревающем пол и питающем утюги с водонагревателем пока нужно отставить. Это технически возможно, но стоит столько, что фантазия обывателя не выдерживает.

А вот такие маленькие для дачи могли бы иметь определенный успех. Это тоже недешево, но кому нужен свет, маленький телевизор, мобилка и ноутбук - вполне.

Это порядка 10 - 15кВт.час в месяц.

Энергия ветра, Ветрогенератор своими руками, альтернативная энергия, ветрогенератор, ветряк своими руками, самодельный ветряк, мощьность ветрогенератора

Человечество на протяжении всего времени его развития делало, как незначительные, так и колоссальные, буквально меняющие когнитивную и объективную реальность и представления открытия, основанные на самых широких спектрах существующих законов на планете Земля. Все они так или иначе обуславливались определёнными факторами и были плодами нужд и необходимости что-либо улучшить, создать, изменить, подстроить под себя. Исходя из этого, на сегодняшний день буквально пришли к тому, что появляются строго индивидуальные нужды в использовании уже современных и эффективных приборов и механизмов, позволяющих извлекать максимум из всего, что окружает. Речь пойдет о таком устройстве, как ветроустановка (в народе – ветродуйка, ветродуй), а также о том, как же всё-таки сделать его своими собственными руками, затратив минимум энергии и средств, и получив максимальный результат.

Что такое ветровой генератор

Отличным примером для преставления ветрогенератора и его действия может стать известная компьютерная игра Майнкрафт, где ветрогенераторы раскрыты во всех их качествах. Устроен средний мини-генератор определенным образом.

Все ветрогенераторы в своей сущности дифференцируются на следующие основные виды:

1. Одни из самых распространённых – роторные (вертикальные) ветрогенераторы, действующие на основе вертикального осевого вращения, осуществляемого с помощью ротора и лопастей.
2. Крыльчатые ветрогенераторы – горизонтальный механизм осевого вращения, осуществляемых с помощью так называемого колеса и имеющей в своей системе, как правило, пропеллер.
3. Реже также можно наткнуться на барабанные ветрогенераторы, являющиеся, по своей сути, подвидом роторных и действующих на тех же принципах, но в горизонтальной плоскости.

Конечно, первые картинки, что приходят на ум при возникновении образа ветрогенератора – это вращающиеся лопасти, винт, хвост, турбина или, как её ещё называют, ветротурбина, так называемый ротор.

Ключевое звено всей деятельности – генератор, мачта, аккумуляторы, инвертор, подключённый к электросети, мультипликатор (редуктор, при необходимости) и флюгер.

Как сделать ветряк своими руками

Вертикальные ветрогенераторы являются наиболее эффективными и простыми в изготовлении и эксплуатации, что обуславливает их достаточную распространённость, будь то спиральный или прямой механизм.

Большое значение имеет, как цель создания ветрогенератора, так и местность, на которой он будет установлен, от чего и следует отталкиваться при планировке.

Существуют основные моменты, требующие обязательного внимания, при создании ветрогенератора. Первое, что следует определить, – конечно же двигатель всего прогресса, сердце всей системы – генератор, который можно как приобрести, так и сделать самому, что, в сущности, требует определённой сноровки и умений, однако, при должном желании, можно справиться и новичку. В зависимости от поставленной цели, хотите серьёзный аппарат на 10кВт, 5кВт (5kW) или менее мощный на 12V, или более маленький и простой ветродвиатель велосипедного образца, используемый, как электрическая установка на балконе квартиры.

Ветровик может быть оснащён практически любым генератором:

• Будь то многим известный сельский тракторный генератор;
• Деталь из старого компьютера или ЭВМ;
• А может быть это малошумный автомобильный мотор;
• Элемент двигателя стиральной машины, имеет значение лишь его работоспособность.

Далее определяемся с лопастями – теми самыми крутящимися объектами, напоминающими лопасти мельницы. Лопасти можно изготовить из также большого количества материалов, наиболее перспективными и распространёнными из которых являются, например, фанеры, пластика, иногда жести (краёв бочки, например), ПВХ материала и так далее. При изготовлении, следует учитывать все существенные факторы – как влияние центробежной силы, так и размеры лопастей, поток ветра на местности и другие. Наиболее рационально создавать крыльчатого характера, в силу повышения эффективности, путём влияния на распределение ветрового потока.

Следующий шаг – изготовление прибора для определения скорости и направления ветра – флюгера. Представляет собой что-то вроде металлического флажка, изменяющего своё положение в соответствии с потоками ветра. В роль флюгера может подойти практически любой сравнительно прочный, но лёгкий слой металла.

Мачта – в её роли может использоваться также широкий спектр подручных средств, например, прочная водопроводная труба. Самодельный ветряной аппарат (самоделки) вполне реально изготовить самому, как уже было описано, из максимально доступных средств, при чём сила ветряка зависит от используемых материалов и продуманности использования в конкретных условиях. Самый простой представитель таких устройств вполне способен создавать электричества на освещение помещения, зарядки устройств, а при должном желании, даже для обеспечения базовых нужд сравнительно небольшого загородного домика.

Подбор генератора для ветряка

Генератор – важнейший элемент всей установки, без которого невозможно создание ни единого вольта электроэнергии. Изготовить низкооборотный генератор самостоятельно из подручных средств вполне реально, но следует подбирать все элементы под конкретные цели, ведь если речь идёт о мощной установке, то здесь необходимы достаточно серьёзные детали.

Генератор включает в себя:

1. Ротор – подвижный элемент в механизме, выполняющий оборотную функцию, а также на котором размещён прибор, получающий энергию от источника (тела).
2. Статор – тесно взаимосвязанный элемент с ротором, являющийся неподвижным, собирающийся, если речь идёт об генераторе, из металлических листов, присоединённых друг к другу, и на котором размещается индуктор (металлическая обмотка).
3. Неодимовые магниты, выполняющие индукционную функцию.

При этом, для выполнения функции генератора, в зависимости от цели, можно использовать практически любой работоспособный механизм, будь то остатки тракторного двигателя или же электромотор от принтера или стартера вентилятора.

Важно, как подбирается медная электро проволока.

Если речь идёт об изготовлении генератора с нуля, то здесь необходимы элементы. Ступица – средняя часть колеса, металлическое основание для будущего моторчика. Неодимовые магниты в определённом количестве и размерах. Необходимы металлические диски, на которые будут крепиться магниты, полиэфирная смола или иной способный закрепить и склеить магнитный слой, плотный слой бумаги, фанера.

Изготовление ветрогенераторов своими руками на 220В

Изготовить ветрогенератор мощностью 220 вольт вполне реально самому, и даже это далеко не предел возможностей, при должном желании и наличии необходимых материалов.

Отличительными чертами генераторов со сравнительно значимой мощностью до мелких с небольшой мощностью являются:

1. Конечно, более мощная электростанция требует более надежных, прочных деталей и элементов, а также более сильный ветер.
2. Также при создании и содержании ветрогенераторов с мощностью, достаточной для содержания хотя бы одного крупного электробытового прибора, обязательным элементом является аккумулятор, используемый для запасания на нём лишней энергии.
3. Нужно учитывать, что для большего количества энергии, требуется более серьёзная система контроля, что обуславливает встраивание блока управления, включающие в свою систему стабилизаторы напряжения, в такие ветряки.
4. Для более серьёзных и некомпактных систем требуется соответствующая стабильная установка.

Из последнего вытекает потребность в фундаменте, хотя бы в виде небольших подготовленных и залитых лунок для того, чтобы установить в них макет.Также аксиальные генераторы лишены свойства залипания, или, что называется, отправной точки, в силу чего даже малейший ветер способен сдвинуть с места лопасти такого прибора.

В остальном ветрогнераторы на 220 В (в том числе их изготовление) практически не отличаются от иных представителей и подчиняются общим правилам, изложенным выше.

Наиболее распространён ветровой генератор, основа которого – аксиальная система ветроустановок, основанная на использовании в ней неодимовых магнитов, завоевавших своё высокое место на рынке в силу качества, стойкости и доступности.

Этапы строительства ветряков для дома своими руками

Если говорить о загородном участке дачи или усадьбе, но следует понимать, что чем больше потребность, тем больше стоимость. Особенно, если иметь в виду цели отопления или постоянного содержания всех домашних приборов, трудоёмкость и содержание такого устройства, пусть даже он и является одним из самых выгодных.

Ветродвигатель, как уже освещалось выше, вполне может выполнять функцию основного источника электроэнергии даже для целого дома.

Если сравнивать с близкими аналогами, например, солнечный источник во многом уступает ветрякам, ведь солнце бывает не ежедневно, а электрогенератор и подавно не чета ветрогенератору в экономической и экологической составляющей.

Основные компоненты ветрогенератора для дома (к онечно же, говоря о ветрогенераторе для дома, следует понимать, что необходимы все базовые элементы

• Статор, ротор, индуктор, являющиеся основными составными элементами генератора;
• Аккумуляторы для накопления энергии;
• Ветроуловитель, если речь идёт об маловетреной местности.

Помимо того, при изготовлении также можно использовать принципы изобретений ВСУ Склярова, Бирюкова или Третьякова, что существенно повысит рационализм и выгоду использования системы и, для комфорта, уменьшит шумовые эффекты.

Инструкция: как сделать ветрогенератор своими руками

Процесс изготовления ветрогенератора является творческим и то, как он будет устроен, зависит только от мастера. Нет универсальной инструкции, так как каждая конструкция – совокупность различных деталей и других факторов каждого частного случая.

Делается всё с помощью базовых инструментов – шуруповерта, молотка, болгарки и иных подобных.

Первым, что нужно сделать при изготовлении ветрогенератора – это определиться с целью и сделать базовые расчёты, чертежи, определить место и так далее. Далее следует собрать и закрепить лопасти, хвост к аккумулятору (подключить к генератору).

Основная и наиболее оптимальная, апробированная и подробная инструкция по изготовлению ветрогенератора своими руками:

1. Изготовить генератор из заранее приготовленных деталей – 2 подготовленных металлических блина с неодимовыми магнитами скрепляются друг на против друга, между которыми вставляется статор с уже имеющейся на ней медной обмоткой.
2. На мачте (трубе) устанавливается опора (кронштейн), а над ним – ступица.
3. Далее на ступицу следует установить генератор, после чего статор нужно соединить с опорой.
4. На другую часть устанавливается ветротурбина.

Забетонировать и построить основание конструкции, чтобы стабилизировать её при сильном ветре, рассчитав основные параметры, ведь для значительной установки шагового расстояния может быть недостаточно.

Преимущества самодельного ветрогенератора

В заключение, следует отметить, что самодельный ветряной генератор – отличный, современный и с каждым днём всё более доступный источник энергии, распространяющийся с невероятной скоростью. Основные преимущества ветрогенератора, чего не могут присвоить электрогенераторы на основе бензогенератора – высокая экономичность, доступность, эффективность, простота монтажа и эксплуатации, современность, большинство – малошумные, экологичные.

Ветрогенераторы на сегодняшний день являются перспективным и всё более эффективным и набирающим обороты средством получения электроэнергии, при этом являющимися сравнительном экономичными и вполне доступными, даже для того, чтобы сделать такой прибор своими руками.

Ветрогенератор своими руками: 4 кВт (видео)

Ветрогенераторы-самоделки – отличный способ узнать что-то новое, попробовать в новом деле, а также сделать доступный и простой способ обеспечить домик электроэнергией в простейших домашних условиях.

Наиболее распространенным вариантом применения ветряков является выработка электроэнергии. Кажется, что может быть проще, чем сделать , насадить на него ось электрогенератора и готово! Можно пользоваться электричеством!

Но не все так просто. Рассмотрим, почему.

Все ветряные установки или ветряки приводятся в действие, т.е. начинают вращаться . От мощности потока ветра зависит то, какое количество энергии мы сможем получить от генератора.

Следующей важнейшей характеристикой ветряной установки является КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. У наилучших образцов ветряков данный показатель составляет 40-50% (хотя встречаются утверждения о 60-80% КИЭВ, что является преувеличением продавцов данных моделей). Поэтому в действительности можно рассчитывать на то, что ветряк будет применять только 25-30%, притом, что расчетную мощность ветряка нужно делить на 3-4. Это то, что можно действительно получить от ветроустановки при условии применения идеального электрогенератора.

О мощности ветряка. Многие могут не поверить, и это на самом деле выглядит парадоксально, но мощность ветряка (помимо скорости ветра) . Ее также называют «площадь ометания». Существует много практических подтверждений и математических доказательств, но мощность ветряка, имеющего одну лопасть (которая описывает круг диаметром D), и ветряной установки с 6 лопастями этого же диаметра одинакова! В это можно верить или не верить, но это так!

Дело в том, что лопасти для ветра являются не отдельными «дощечками», и он давит не на каждую по очереди, а как диск, круг. Поэтому важно не количество лопастей, а их площадь. При раскручивании лопасти ветряка, ветер придает ей скорость. Наряду с угловой скоростью вращения, у лопасти есть еще линейная скорость. А значит, так как она крутится не в вакууме, то она встречает сопротивление воздуха, которое увеличивается пропорционально скорости в кубе. Тем более что лопасть является не плоской дощечкой, а своего рода аэродинамическим профилем, который имеет определенную толщину и угол поворота. И при вращении данный профиль «натыкается» на воздух пространства между лопастями.

Получается, что чем большую мощность потока мы желаем получить, увеличивая количество лопастей, тем большее воздушное сопротивление им приходится испытывать при вращении. В итоге – что указано выше – мощность ветряной установки зависит не от количества лопастей, а от площади ометания.

Мы подошли к следующей важной характеристики ветряка – быстроходности – это величина, которая показывает, насколько линейная скорость лопасти больше скорости ветра.

Например, если нам известно, что быстроходность ветряка равна 7, то это означает, что на кончике его лопасти линейная скорость в 7 раз выше скорости ветра. И в случае, когда скорость ветра равна 10 м/с, кончик его лопасти передвигается по воздуху со скоростью 70 м/с, т.е. 250 км/час! Поэтому настоятельно рекомендуем не пытаться остановить лопасть руками. Их срежет как бритвой.

Такие ветряки , т.к. постоянно нарезают воздух своими лопастями, создавая звуковые волны.

Проблему шума адресуют в , т.к. обычно быстроходность вертикальных ветряков ниже горизонтальных.

Мы еще вернемся к быстроходности ветряка и ее расчету, а сейчас посмотрим, чем она важна для выработки электрической энергии.

Генератор

На Руси исстари повелось добывать электроэнергию при помощи специальных устройств – генераторов. Существует много конструкций генераторов, но в плане использования их с ветряками нас интересуют электрогенераторы, которые вырабатывают электроэнергию в процессе вращения. На самом деле, кто добра от добра ищет. Ветряк предоставляет вращение, его и нужно использовать.

В ходе строительства ветряка мастер обязательно сталкивается с тем, что генераторов, предназначенных для ветряка, вообще-то НЕТ. В природе они, конечно, есть, их даже выпускают серийно. Но приобрести их достаточно сложно и по возможности, и по цене. Это слишком специфическая вещь, именно поэтому их так мало и они такие дорогие. Поэтому приходится или изготавливать генератор для ветряка самостоятельно или приспосабливать то, что есть.

А что мы можем использовать? Выбор не богатый. Это двигатели с постоянными магнитами, автомобильные генераторы, шаговые двигатели, генераторы от изношенных бензогенераторов, асинхронные двигатели. Другими словами, почти любые электродвигатели. Согласно теории, любая электрическая машина обратима. Т.е. любой электрический двигатель в определенных условиях может работать в качестве генератора с определенной эффективностью, серьезностью и ценой переделки.

Почему нельзя применять просто то, что есть? Потому что оно все – быстроходное! Восклицательный знак не означает ничего хорошего. Кроме, разве что, шаговых двигателей. Они тихоходны по определению. Все остальные двигатели-генераторы работают на 1000 оборотах в минуту и более (15-20 об/секунду).

Чтобы получить обратный эффект – генерацию электротока, им необходимо придать соответствующие обороты. Например, самый дешевый и доступный вариант, как кажется, приличного генератора в 0,5 КВт – автомобильного, сталкивается с цифрой в 2-3 тыс. об/мин.

Даже на холостых оборотах двигатель машины держит вращение на скорости 800 об/мин. Также добавляется мультипликация шкивов генератора и мотора как минимум 1:2. Генератор крутится изначально на 1500 об/мин. А если поддать газу и «открутить» мотор до 3-4 тыс. (рядовая ситуация) – то генератор выдаст свои полкиловатта. На 5-8 тыс. об/мин.

Аналогично и с остальными моторами. Что ни возьми – не найти ничего меньше 1000 об/минуту.

Вернемся к быстроходности ветряка и пересчитаем данный параметр, учитывая скорость ветра, размеры ветряной установки, и обнаружим, что обороты вала ветряка недостаточно велики. У наиболее быстроходных ветряков и при оптимальном ветре – 200-400 об/минуту!

Поставим мультипликатор, скажут многие, и обороты повысятся в 5-10 раз! (То, что повышает обороты – это мультипликатор, а то, что понижает – это редуктор). Справедливости ради скажем – так и делается обычно. Но только на мощных больших ветряках. На ветряках, мощность которых менее 500 Ватт, мультипликаторы являются роскошью. Качественный и надежный необслуживаемый мультипликатор с небольшими потерями – дорогое удовольствие. И цена его переносится на стоимость вырабатываемого электричества. Поэтому использование мультипликатора в «домашнем» ветряке никак необоснованно. Если, конечно, он не достался каким-то образом бесплатно.

Из низкооборотных генераторов в нашем распоряжении есть лишь шаговые двигатели. Шаговый двигатель – это двигатель, вращающий свой вал на определенный угол (шаг) при подаче импульса напряжения на его обмотки. У таких моторов обычно несколько обмоток, а их ротор просто напичкан магнитами. Этот выгодный факт и дает возможность применять шаговые двигатели в качестве генератора ветряка. В результате придания валу шагового двигателя вращения извне, он приступает к выработке электричества, причем достаточно эффективно.

«Вычислить» шаговый двигатель легко. При вращении вала его вращения не плавные, а как бы толчками. Данный эффект имеет название «залипание». Если закоротить все выводы такого двигателя, то вращение вала заметно затруднится. Это означает, что шаговый мотор уже вырабатывает электричество. Это общеизвестный метод проверки двигателей постоянного тока «на вшивость». Если в момент закорачивания выводов стало труднее вращать вал мотора, то электромотор в свете применения его как электрогенератора небезнадежен и можно смело снимать его характеристики.

Достать шаговый электромотор небольшой мощности легко. Любой принтер, который продается на интернет-аукционах за 100-300 рублей, имеет минимум 2 таких двигателя. Один двигал головку, второй – бумагу. Сканер и старые дисководы на 5,25 дюйма - по 1. Это вполне хорошая новость. Плохая новость состоит в том, что легко достать только шаговые двигатели совсем малой мощности! 1-2-3 Ватта. Достать шаговый двигатель минимум на 30-50 Ватт – редкая удача, если это получилось, то можно считать, что у вас в кармане отличный генератор для ветряка.

Как можно использовать шаговый двигатель на 2 Ватта? Например, можно с его помощью заряжать аккумулятор плеера, мобильника и т.п. Этой мощности будет достаточно. Нужно 10-20 Ватт? Установите 10 таких двигателей. Они стоят совсем недорого.

А если вам нужно получить с ветряка 200-300 Ватт, при этом желательно дешевле (помним о соотношении затраты/отдача), то придется сделать генератор самому. Это сложно, но вполне возможно.

Многие умельцы, особенно живущие в сельской местности, привлекают на свою службу возобновляемые источники энергии, а именно ветровые электроустановки.

Покупка промышленной ветрогенераторной установки выльется в довольно ощутимую копеечку, поэтому используя старую технику можно создать довольно приличный ветрогенератор.

Основная проблема заключается в получении номинальных электрических параметров, для этого устройство должно обладать высокой скоростью вращения.

Как сделать ветряк своими руками

В качестве генератора для ветряка своими руками используется отслуживший свой срок, генератор от сельскохозяйственной техники: с комбайна, трактора, автомобиля, скорость вращения в этих генераторах будет от 3 до 7 тыс. об/мин.

На практике оказывается, что ветроколесо роторного типа вертикального расположения может развить скорость примерно 60 об/мин, горизонтальное расположение вентиляторного трехлопастного колеса с горизонтальным расположением при скорости ветра достигает 300 об/мин.

Для того чтобы как сделать ветряк своими руками и достичь эффективной работы генератора рекомендуется применить мультипликатор (редуктор), существует несколько нюансов по применению редукторов.

1. Часть ветровой энергии уходит на потери в самом редукторе, поэтому его КПД не превышает 40%.
2. Для повышения скорости вращения генератора, повышается крутящий момент, чтобы это сделать надо повысить скорость выходного вала, добавив шестерни, что чревато понижением крутящего момента.

Формула этой зависимости выглядит так: М в = К*(М м +М с), где:
К – передаточное число;
М с – момент сопротивления;
М м – момент мультипликатора.

Из этой формулы следует что идеальным будет отсутствие мультипликатора. К сожалению, при изготовлении ветрогенератора своими руками от него невозможно отказаться.

Для мощного ветряка, сделанного своими руками, в качестве генератора также можно применить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (Р н = 5,5 кВт; n = 960 об/мин; U н = 380/220 В).

Для мультипликатора можно взять редуктор от автомобиля, станка и т. д. главное, чтобы передаточное число (К) редуктора было = 5.

Лопасти ветрогенератора изготавливаются из стальной трубы, разрезанной по вдоль на четыре части, можно использовать самодельный профиль из пропитанной эпоксидной смолойстеклоткани, идеальны боковые вертолетные лопасти от МИ-24.

Для того чтобы асинхронный двигатель заработал в генераторном режиме, раскрутим двигатель до появления на его обмотках ЭДС. Затем необходимо поднять амплитуду фазного напряжения до 310 В при помощи резонансного явления, для этого к фазным обмоткам подключим конденсаторы, емкость конденсатора определяется по формуле С = 1/98696 х Lф, где Lф – индуктивность фазной обмотки, двигатель с вышеперечисленными характеристиками Lф – 120 мГн подставляем в формулу и получаем С = 1/98696 х 0,12 = 84мкФ, можно использовать конденсатор на 100 мКф.

Конденсатор можно использовать типа КБГ-МН или других типов, но с напряжением до 400 В, конденсаторную батарею лучше поместить в изолированный корпус.

Преимущества генератора для ветряка своими руками, построенного на основе асинхронного двигателя:

1. Невысокий клифактор (коэффициент гармоник) он не более 2%, что обуславливает высокий КПД и выработку только полезной энергии.
2. Отсутствие вращающихся обмоток и чувствительных к воздействию извне электронных деталей.
3. Длительный срок службы.
4. Выходное значение напряжения 220/380 В благодаря этому, нагрузку можно подключить напрямую от устройства, исключив инвертор.
5. Асинхронный генератор лучше защищен от влаги и загрязнений, имеет лучшую защиту от токов короткого замыкания и перегрузкам.

Максимальная простота и надежность устройства ветряка для дома своими руками достигается за счет размещения вала ветрового двигателя напрямую с валом генератора, а скорость вращения не должна превышать 120 – 150 об/мин при этом желательно чтобы не было тормозящих и стабилизирующих скорость вращения устройств и обмоток возбуждения.

Кроме, использования асинхронного двигателя в прямом качестве его можно переделать и применить в качестве турбины на его базе, в этом случае ротор двигателя растачивается. Электродвигатель марки АИР71А4, Р – 0,55Квт на 1360 об/мин с 4 полюсами, 3-х фазный, имеющий ротор с Ø 66.7 мм после проточки становиться 56 мм, на каждый полюс наклеиваются магниты по 40 штук, ротор герметизируется и заливается эпоксидной смолой.

Накопление энергии производится при помощи аккумуляторных батарей и инверторами под контролем электронных коммутаторов.

При изготовлении вертикального ветряка своими руками желательно использовать подпружиненные упоры лопастей, которые смогут противодействовать ураганному ветру, то есть просто станут по ветру, без создания сопротивления. По окончании урагана надо будет только провернуть вал ветродвигателя до момента вращения лопастей под воздействием ветра.