Ветрогенератор простой домашний своими руками

Главная страница » Ветрогенератор простой домашний своими руками

Альтернативная энергия, добываемая посредством «ветряной мельницы» — заманчивая идея, охватившая огромное число потенциальных потребителей электричества. Что же, электромехаников разного калибра, пытающихся сделать ветрогенератор своими руками, можно понять. Дешёвая (практически бесплатная) энергетика всегда ценилась на вес золота. Между тем установка даже простейшего домашнего ветрогенератора даёт реальную возможность получить бесплатный ток. Но как сделать домашний ветрогенератор своими руками? Как заставить работать систему энергии ветра? Попробуем раскрыть занавес тайны с помощью опыта бывалых электромехаников.

Основа домашнего ветрогенератора

Тема изготовления и установки самодельных ветряных генераторов очень широко представлена в сети Интернет. Однако большая часть материала – это банальное описание принципов получения электрической энергии от природных источников.

Теоретическая методика устройства (установки) ветрогенераторов уже давно известна и вполне понятна. А вот как обстоят дела практически в бытовом секторе – вопрос, раскрытый далеко не полностью.

Чаще всего в качестве источника тока для самодельных домашних ветрогенераторов рекомендуют выбирать автомобильные генераторы или асинхронные двигатели переменного тока, дополненные неодимовыми магнитами.

Процедура переделки асинхронного электродвигателя переменного тока под генератор для ветряка. Заключается в изготовлении «шубы» ротора из неодимовых магнитов. Крайне сложный и долговременный процесс

Однако оба варианта требуют существенной доработки, нередко сложной, дорогостоящей, отнимающей много сил и времени. Куда проще и легче во всех отношениях установить электродвигатели, подобные тем, что выпускались прежде и выпускаются теперь фирмой Ametek (пример) и другими.

Для домашней ветрогенераторной установки подходят моторы постоянного тока напряжением 30 – 100 вольт. В режиме генератора от них можно получить примерно 50% от заявленного рабочего напряжения.

Следует отметить: при работе в режиме генерации электродвигатели постоянного тока требуется раскручивать до скорости выше номинальной. При этом каждый отдельно взятый мотор из десятка одинаковых экземпляров, может показывать совершенно разные характеристики.

Поэтому оптимальный подбор электродвигателя к домашнему ветрогенератору логичен при следующих показателях:

1. Высокий параметр рабочего напряжения.
2. Низкий параметр RPM (угловая скорость вращения).
3. Высокое значение рабочего тока.

Так, удачным под установку выглядит мотор производства фирмы Ametek с рабочим напряжением 36 вольт и угловой скоростью вращения — 325 об/мин. Именно такой электродвигатель используется в конструкции ветрогенератора – установки, что описана ниже в качестве примера домашнего ветряка.

Мотор постоянного тока для домашнего ветрогенератора. Оптимальный вариант из числа продуктов, изготовленных фирмой Ametek. Также удачно подходят подобные электродвигатели производства других фирм

Проверить эффективность любого похожего мотора несложно. Достаточно подключить к электрическим выводам обычную автомобильную лампу накаливания на 12 вольт и крутануть вал мотора рукой. При хороших технических показателях электродвигателя лампа обязательно зажжётся.

Ветрогенератор в домашнем конструкторском наборе

Итак, можно считать, что выбран генератор — главная деталь системы регенерации энергии ветра. Остаётся добавить:

• винт на три лопасти,
• флюгерную систему,
• мачту металлическую,
• контроллер заряда АКБ.

Желательно, но не обязательно, соблюсти последовательность производства всех оставшихся частей ветряного генератора. Последовательность – это порядок, который необходим в любом деле для достижения результативности. Очевидно: существенную помощь в строительстве энергетической машины оказывают готовые наборы:

Изготовление лопастей пропеллера

Достаточно лёгким и простым видится изготовление лопастей винта генератора из пластиковой трубы диаметром 150-200 мм.

Для описываемой конструкции домашнего ветрогенератора были сделаны (вырезаны) три лопасти. Материал: 152-миллиметровая сантехническая труба. Длина каждой лопасти – 610 мм.

Лопасти для пропеллера домашнего ветрогенератора. Элементы пропеллера изготовлены из обычной сантехнической трубы, что широко используется в хозяйстве ЖКХ

Сантехническая труба изначально отрезается по размеру длины с небольшим запасом на обработку. Затем отрезанный кусок рассекается по осевой линии на четыре одинаковых части. Каждая часть вырезается по несложному шаблону рабочей пропеллерной лопасти. Все кромки резов необходимо тщательно зачистить – отполировать для лучшей аэродинамики.

Элементы пропеллера ветрогенератора – пластиковые лопасти, закрепляются на шкиве, собранном из двух отдельных дисков. Шкив насаживается на вал мотора и притягивается винтом. Та часть ступицы, на которой крепятся лопасти, имеет диаметр 127 мм. Другая часть – шестерня, в диаметре имеет размер 85 мм. Обе детали ступицы не изготавливались специально.

Закреплённые на ступице лопасти винта домашнего ветряка. Собранный из подручных деталей и готовый к установке на домашний ветрогенератор простейший винт

Металлический диск и шестерню удалось найти в старом техническом хламе. Но диск был без отверстия под вал, а шестерня имела малый диаметр. Объединением этих деталей в единое целое удалось решить проблему соотношения массы и диаметра.

После закрепления лопастей, осталось лишь закрыть торец ступицы пластиковым обтекателем (опять же для аэродинамики).

Флюгерная основа ветрогенератора

Обычный деревянный брусок (желательно из твёрдых пород) длиной 600 мм подойдёт для флюгерной основы. На одном конце бруска хомутами закрепляется электродвигатель, на другом монтируется «хвост».

Флюгерная часть установки, куда поставлены двигатель и хвост ветряка. Мотор дополнительно закрепляется хомутами, хвост накладными брусочками

Хвостовая часть сделана из листового алюминия – это вырезанный прямоугольный кусок, который попросту устанавливается между наставными брусочками и скрепляется винтами.

Для улучшения свойств долговечности, деревянный брусок рекомендуется дополнительно обработать пропиткой и покрыть сверху лаком. На нижней плоскости бруска, на расстоянии 190 мм от заднего торца бруса, через опорный фланец закрепляется трубчатый отвод под соединение с мачтой.

Флюгерная система домашнего ветряка (нижняя её часть), изготовленная из простых доступных деталей. Такие детали найдутся у каждого владельца домашнего хозяйства

Недалеко от точки закрепления фланца, на стенке трубы высверливается отверстие d=10-12 мм под вывод кабеля сквозь трубу от ветрогенератора к накопителю энергии.

Основание и шарнирная мачта

Тогда как уже готова флюгерная часть домашнего ветрогенератора, наступает очередь производства опорной мачты. Домашнюю установку вполне достаточно поднять на высоту 5-7 метров. Металлическая труба d=50 мм (внешний d=57 мм) в самый раз подходит под мачту этого проекта ветрогенератора для дома.

Опорная тарелка под нижнюю часть мачты домашнего ветряка сделана из толстой листовой фанеры (20 мм). Диаметр блина 650 мм. По краям фанерного блина, равномерно по кругу и с отступом 25-30 мм просверлены 4 отверстия d=12 мм.

Нижняя и верхняя части, которые встанут между мачтой. Слева опорная площадка с установленным на поверхности шарнирным механизмом подъёма/спуска ветрогенератора

Эти отверстия предназначены под временное (или постоянное) штыревое крепление на грунт. Для прочности установки фанеру снизу можно усилить стальным листом. На поверхности опорной тарелки прикреплена конструкция, собранная из металлических сантехнических фланцев, патрубков, уголков и муфты-тройника.

Между уголками и муфтой-тройником резьбовое сочленение выполнено не до конца. Это сделано специально, чтобы получить эффект шарнира. Таким образом, подъём или спуск ветрогенератора можно осуществлять без труда в любой момент.

Подставка под мачту ветряка оснащается четырьмя отверстиями для дополнительного крепления штырями на грунт. Так, примерно, выглядит состояние опорного элемента, когда мачта установлена и поднята

Муфта-тройник центральным отводом соединена с куском трубы, в нижней части которой установлен ограничитель для трубы мачты. Мачтовая труба надевается на трубчатый кусок меньшего диаметра до упора в ограничитель.

Примерно так же соединяется верхняя часть мачты и флюгерная система ветряка. Но там, в качестве ограничителя, внутри мачтовой трубы установлены подшипники.

Крепление мачты растяжками выполняется стандартно с применением обычных хомутов, которые несложно сделать своими руками из листового металла

Так что, для сборки всей мачтовой системы и потребуется, без каких-либо креплений, всего лишь соединить нижнюю и верхнюю части с мачтовой трубой. Затем, благодаря шарнирному устройству поднять ветрогенераторную установку и зафиксировать мачту растяжками.

Удобство шарнирной системы очевидно. К примеру, на случай непогоды ветрогенератор можно быстро «уложить» на землю, сохранив от разрушения и так же быстро установить в рабочее положение.

Домашний ветрогенератор и схема контроллера

Контроль напряжений и токов, снимаемых с генератора домашней ветряной энергетической установки и подаваемых на аккумуляторные батареи, необходим обязательно. Иначе АКБ быстро выйдет из строя.

Причина очевидна: нестабильность зарядного цикла и нарушения параметров зарядки. Или же следует применять, к примеру, новые аква-аккумуляторы, которым не страшны хаотичные циклы, завышенные напряжения и токи.

Функции контроля достигаются сборкой и включением в конструкцию домашнего ветрогенератора простой электронной схемы. Домашние ветряные установки обычно комплектуются относительно простыми схемами.

Принципиальная схема контроллера заряда АКБ ветроэнергетической установки, сборка которой описывается в этой публикации. Минимум электронных компонентов и высокая надёжность

Главное назначение схем – управление реле, переключающего выходы ветрогенератора на аккумуляторную батарею или на балластную нагрузку. Переключение выполняется в зависимости от текущего уровня напряжения на клеммах АКБ.

Традиционная для домашних ветряков схема контроллера применялась и в этом случае. Электронная плата содержит небольшое число электронных компонентов. Схему достаточно просто спаять своими руками в домашних условиях.

Принцип построения обеспечивает зарядку аккумуляторов до момента, пока не будет достигнут граничный предел напряжения на клеммах. Затем реле переключает линию на установленный балласт. Реле нужно брать с контактной группой под высокие токи, не менее 40-60А.

Настройка схемы предполагает регулировку триммеров под установку соответствующих напряжений контрольных точек «А» и «В». Оптимальные значения напряжений в этих точках равны: для «А» — 7,25 вольт; для «В» — 5,9 вольт.

Если схема настроена под такие параметры, аккумуляторная батарея будет отключаться при достижении на клеммах напряжения 14,5 В и вновь подключаться к линии ветрогенератора при напряжении на клеммах 11,8 В.

Структурная электрическая схема домашнего ветряка: А1…А3 — аккумуляторная батарея; В1 — вентилятор; Ф1 — сглаживающий фильтр; Л1…Л3 — лампы накаливания (балласт); Д1…Д3 — мощные диоды

Схемой ветрогенератора предусмотрено управление вентилятором «3» (может использоваться для вентиляции газов АКБ) и альтернативной нагрузкой «4» через силовые транзисторы серии IRF.

Состояние выходов отмечают светодиоды красного и зелёного свечения. Предусмотрена установка ручного управления состоянием контроллера через кнопки «1» и «2».

Особенности подключения системы

Завершая публикацию, следует отметить одну важную особенность. Подключение контроллера (при условии уже работающей турбины) необходимо проводить следующей последовательностью:

1. Подключить контакты «АКБ» на клеммы аккумулятора.
2. Подключить контакты ветрогенератора на клеммы реле.

Если такую последовательность не соблюдать, существует высокий риск вывода контроллера из строя.

Установка ветрогенератора 5 кВт — видео гид

Источник

Как сделать ветрогенератор своими руками

Ветер – это бесплатная энергия! Так давайте же её использовать в личных целях. Если создание ВЭС в промышленных масштабах это очень дорого, потому что кроме генератора нужно провести ряд исследований и расчётов, государство не берет на себя такие расходы, а инвесторам в странах бывшего СССР – это, почему-то не вызывает особого интереса. То в частном порядке можно сделать мини-ветряк для собственных нужд. Стоит понимать, что проект перевода вашего дома на альтернативную энергию очень дорогое занятие.

Как уже было сказано: нужно произвести длительные наблюдения и расчёты, чтобы подобрать оптимальное соотношение размеров ветряного колеса и генератора, подходящее к вашему климату, розе ветров и среднегодовой скорости ветра.

Эффективность ветроэлектрической установки в пределах одного региона может отличаться в разы, это связано с тем, что движение ветра зависит не только от климатического пояса, но и от рельефа местности.

Однако вы можете узнать, что такое ветроэнергетика с минимальными затратами собрав бюджетную установку для питания маломощной нагрузки, типа смартфона, лампочек или радиоприёмника. При должном подходе вы можете обеспечить электроэнергией небольшой дом или дачный участок.

Давайте рассмотрим каким образом можно сделать простейшую ветроэлектрическую установку своими руками.

Содержание статьи

Маломощные ветряки из подручных средств

Компьютерный кулер представляет собой бесколлектроный двигатель, который в своем первоначальном виде не представляет практической ценности.

Его нужно перемотать, так как в оригинале обмотки соединены неподходящим образом. Мотать катушки поочередно:

По часовой стрелке;

Против часовой стрелки;

По часовой стрелке;

Против часовой стрелки.

Соединять соседние катушки нужно последовательно, а еще лучше мотать одним куском провода переходя от одного паза к другому. Толщину провода в этом случае подбирать произвольно, лучше будет если вы намотаете как можно больше витков, а это возможно при использовании наименее тонким проводом.

Выходное напряжение с такого генератора будет переменным, а его величина будет зависеть от оборотов (скорости ветра), установите диодный мост из диодов Шоттки, чтобы выпрямить его до постоянного, обычные диоды подойдут, но будет хуже, т.к. на них упадёт напряжение от 1 до 2-х вольт.

Лирическое отступление, немного теории

Запомните величина ЭДС равняется:

где L – длина проводника помещенного в магнитное поле; V – скорость вращения магнитного поля;

При модернизации генератора вы можете влиять только на длину проводника, то есть на количество витков каждой из катушек. Количество витков – определяет выходное напряжение, а толщина провода – максимальную токовую нагрузку.

На практике влиять на скорость ветра нельзя. Однако из этой ситуации тоже есть выход, можно, узнав типовую скорость ветра для вашей местности спроектировать подходящий по оборотам винт для ветроэлектрической установки, а также редуктор или ременную передачу, для обеспечения достаточных оборотов для генерации нужного по величине напряжения.

ВАЖНО: Быстрее не значит лучше. При слишком большой скорости вращения ветрогенератора сократиться его ресурс, ухудшаться смазочные свойства втулок или подшипников ротора, и он заклинит, а быстрее всего произойдет пробой изоляции обмоток в генераторе.

Генератор состоит из:

Промышленные конструкции ветрогенераторов:

Увеличиваем мощность генератора из компьютерного кулера

Во-первых, чем больше лопастей и диаметр колеса – тем лучше, поэтому присмотритесь к 120-мм кулерам.

Во-вторых, мы уже сказали, что напряжение зависит и от магнитного поля, дело в том, что промышленные генераторы высокой мощности имеют обмотки возбуждения, а низкой мощности – сильные магниты. В кулере магниты крайне слабые и не позволяют добиться хороших результатов от генератора, да и зазор между ротором и статором весьма велик – порядка 1 мм, и это при и без того слабых магнитах.

Решение этой проблемы кардинально изменить конструкцию генератора. Вернее, от кулера потребуется только крыльчатка, в качестве самого генератора применим моторчик от принтера или любой другой бытовой техники. Наиболее часто встречаются щеточные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

В результате это будет выглядеть так.

Мощности подобного генератора хватит, чтобы запитать светодиоды, радиоприемник. Для подзарядки телефона его не хватит, телефон будет отображать процесс заряда, но ток будет крайне мал, до 100 Ампер, при ветре 5-10 метров в секунду.

Шаговые двигатели в роли ветрогенератора

Шаговый двигатель очень часто встречается в компьютерной и бытовой технике, в различных проигрывателях, флоппи-дисководах (интересны старые модели 5.25”), принтерах (особенно матричных), сканерах и т.д.

Данные двигатели без переделок могут работать в роли генератора, они представляют собой ротор с постоянными магнитами, и статор с обмотками, типовая схема подключения шагового двигателя в режиме генератора изображена на рисунке.

В схеме установлен линейный стабилизатор на 5 Вольт, типа L7805, что позволит без опасения подключать мобильные телефоны к такому ветряку для их зарядки.

На фото генератор из шагового двигателя с установленными лопастями.

Двигатель в конкретном случае с 4-мя выходными проводами, схема соответственно под него. Двигатель с такими габаритами в режиме генератора выдаёт примерно 2 Вт при слабом ветре (скорость ветра около 3 м/с) и 5 м/с при сильном (до 10 м/с).

Кстати вот аналогичная схема со стабилитроном, вместо L7805. Позволяет заряжать Li-ion батареи.

Доработка самодельного ветряка

Чтобы генератор работал эффективнее нужно сделать ему направляющий хвостовик и закрепить его на мачте подвижно. Тогда при изменении направления ветра – будет изменяться направление ветрогенератора. Тогда возникает следующая проблема – кабель, идущий от генератора к потребителю будет закручиваться вокруг мачты. Чтобы это решить нужно обеспечить подвижный контакт. На Ebay и Aliexpress продаётся готовое решение.

Нижних три провода – неподвижны идут вниз, а верхний пучок проводов – подвижен, внутри установлен скользящий контакт или щеточный механизм. Если у вас нет возможности купить, проявите смекалку, и, вдохновившись решением конструкторов автомобиля Жигули, а именно реализацией подвижного контакта кнопки сигнала на руле и сделайте что-то похожее. Или воспользуйтесь контактной площадкой от электрочайника.

Соединив разъёмы, вы получите подвижный контакт.

Мощный ветрогенератор из подручных средств.

Для получения большей мощности вы можете использовать два варианта:

1. Генератор из шуруповерта (10-50 Вт);

2. Ветрогенератор из автомобильного генератора.

Из шуруповерта понадобиться только моторчик, вариант аналогичен предыдущему, в качестве винта вы можете использовать лопасти от вентилятора, это увеличит итоговую мощность вашей установки.

Вот пример реализации такого проекта:

Обратите внимание как здесь реализована шестеренчатая повышающая передача – вал ветрогенератора расположен в трубе, на его конце расположена шестерня, которая передаёт вращение меньшей шестерне закрепленной на валу двигателя. Повышение оборотов двигателя имеет место и в промышленных ветряных электроустановках. Редуктора применяются повсеместно.

Однако в условиях самоделки изготовить редуктор становиться большой проблемой. Вы можете извлечь редуктор из электроинструмента, он там нужен чтобы понизить высокие обороты на валу коллекторного двигателя в нормальные обороты патрона на дрели, или диска болгарки:

В дрели установлен планетарный редуктор;

В болгарке установлен угловой редуктор (станет полезным для монтажа некоторых установок и уменьшит нагрузку с хвоста ВЭУ);

Редуктор от ручной дрели.

Такой вариант самодельного ветрогенератора уже может заряжать 12 В аккумуляторы, однако нужен преобразователь для формирования зарядного тока и напряжения. Эту задачу можно упростить применив автомобильный генератор.

Ветрогенератор из автомобильного генератора

Автомобильный генератор состоит из статора с трёхфазной обмоткой, и ротора со щёточным узлом и катушкой возбуждения. К нагрузке такой генератор подключается через диодный мост собранный по схеме Ларионова, он обычно расположен на задней крышке генератора.

Преимущество такого генератора – возможность использовать его для зарядки автомобильных аккумуляторов, в принципе он для этого и предназначен. Автогенераторы имеют встроенное реле-регулятор напряжения, что избавляет от необходимости покупать дополнительные стабилизаторы или преобразователи.

Однако автолюбители знают, что на низких холостых оборотах, примерно 500-1000 Об/мин мощность такого генератора мала, и он не обеспечивает должного тока для заряда аккумулятора. Это приводит к необходимости подключения к ветроколесу через редуктор или ременную передачу.

Отрегулировать количество оборотов при нормальной для ваших широт скорости ветра можно с помощью подбора передаточного числа либо с помощью правильно спроектированного ветроколеса.

Полезные советы

Пожалуй, самая удобная для повторения конструкция мачты для ветряка – изображена на картинке. Такая мачта растягивается на тросах, закрепленных на держателях в земле, что обеспечивает устойчивость.

Важно: Высота мачты должна быть как можно большей примерно 10 метров. На большей высоте ветер сильнее, потому что для него нет препятствий в виде наземных сооружений, холмов и деревьев. Ни в коем случае не устанавливайте ветрогенератор на крыше своего дома. Резонансные колебания крепежных конструкций могут вызвать разрушение его стен.

Позаботьтесь о надёжности несущей мачты, ведь конструкция ветряка на базе такого генератора значительно утяжеляется и представляет собой уже довольно серьезное решение, которое может осуществлять автономное электроснабжение дачи с минимальным набором электрических приборов. Устройства, которые работают от 220 Вольт можно запитать от инвертора 12-220 В. Самый распространённый вариант такого инвертора – блок бесперебойного питания для ПК.

Лучше использовать генераторы от дизельных, в т.ч. грузовых автомобилей, ведь они рассчитаны для работы на низких оборотах. В среднем дизельный двигатель крупного грузовика работает в диапазоне оборотов от 300 до 3500 об/мин.

Современные генераторы выдают 12 или 24 Вольт, а ток в 100 Ампер – уже давно стал нормальным. Проведя несложные вычисления можно определить, что такой генератор максимально выдаст вам до 1 кВт мощности, а генератор от жигулей (12 В 40-60 А) 350-500 Вт, что уже довольно приличная цифра.

Каким должно быть ветроколесо для самодельной ВЭУ?

Я упомянул в тексте о том, что ветроколесо должно быть большим и с большим количеством лопастей, на самом деле это не так. Это утверждение было справедливо для тех микро-генераторов, которые не претендуют на звание серьезных электрических машин, а скорее экземпляры для ознакомления и досуга.

На самом деле проектирование, расчёт и создание ветроколеса – это очень сложная задача. Энергия ветра будет использоваться рациональнее, если оно выполнено очень точно и идеально выведен «авиационный» профиль, при этом он должен быть установлен с минимальным углом к плоскости вращения колеса.

Реальная мощность ветроколес с одинаковым диаметром и разным количеством лопастей – одинаково, разница лишь в скорости их вращения. Чем меньше крыльев – тем больше оборотов в минуту, при том же ветре и диаметре. Если вы собираетесь добиться максимальных оборотов вы должны максимально точно смонтировать крылья с минимальным углом к плоскости их вращения.

Ознакомьтесь с таблицей из книги 1956 года «Самодельная ветроэлектростанция» изд. ДОСААФ Москва. На ней показана связь диаметра колеса, мощности и оборотов.

Диаметр ветроколеса (м)	1,6	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0
Число оборотов в минуту (при ветре 7 — 8 м/с)	670	450	360	300	225	180
Мощность (при ветре 7—8 м/сек) (ватт)	65 — 80	100 — 130	200	300	500	1000

В домашних условиях эти теоретические выкладки дают мало толку, любители делают ветроколеса из подручных средств, в ход идёт:

Пластиковые канализационные трубы.

Собрать своими руками быстроходное 2-4 лопастное ветроколесо можно из канализационных труб, кроме них нужна ножовка или любой другой режущий инструмент. Использование этих труб обусловлено их формой, после обрезки они имеют вогнутую форму, что обеспечивает высокую отзывчивость к потокам воздуха.

После обрезки их закрепляют с помощью БОЛТОВ на металлической, текстолитовой или фанерной болванке. Если вы собрались делать её из фанеры – лучше переклейте и скрутите саморезами с обеих сторон несколько слоев фанеры, тогда у вас получится добиться жесткости.

Вот идея двух лопастной цельной крыльчатки для генератора из шагового двигателя.

Выводы

Вы можете сделать ветроэлектрическую установку начиная от малых мощностей – единиц Ватт, для питания отдельных светодиодных светильников, маячков и мелкой техники, до хороших значений мощности в единицах киловатт, накапливать энергию в аккумуляторе, использовать её в исходном виде или преобразовывать до 220 Вольт. Стоимость такого проекта будет зависеть от ваших потребностей, пожалуй, самым дороги элементом является мачта и аккумуляторы, может оказаться в пределах 300-500 долларов.

Источник