Ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора: проще, чем кажется

Ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора: проще, чем кажется

Дата публикации: 26 февраля 2020

• Начнем с теории
• Преимущества и недостатки изготовления самодельного ветряка из автомобильного генератора
• Схема ветрогенератора своими руками из автомобильного генератора

Способность некоторых доморощенных умельцев превращать ненужные вещи в полезные устройства впечатляет даже тех, кто далек от мира техники и машиностроения. Яркая иллюстрация сказанному — ветрогенератор из автомобильного генератора и трубы, готовый порадовать владельца получением некоторого количества бесплатной электрической энергии. Если в вашем распоряжении имеется «ненужный» генератор от старого авто, попробуйте подарить ему вторую жизнь на волнах ветра. Немного навыков, терпение и четкое следование рекомендациям — и ваш новый ветряк из генератора автомобиля украсит приусадебный участок и немало удивит соседей.

Генератор для ветряка из автогенератора

Генератор является таким же основным элементом ветряка, как и крыльчатка. Если лопасти рабочего колеса преобразуют энергию ветра во вращательное движение, то генератор вращение превращает в электроэнергию. Его конструкция и возможности определяют производительность и мощность установки, способность работы на слабых потоках ветра.

При изготовлении ветряков вопрос об использовании самодельного или готового генератора встает практически всегда. Чаще всего к решению подходят комбинированным способом — используют готовый автомобильный генератор, иногда без конструктивных изменений, но чаще всего — с некоторыми доработками, повышающими чувствительность или выходную мощность.

Автомобильные генераторы представляют собой готовые устройства, созданные для выработки электрического тока заданного напряжения. Оно постоянно на выходе, что обеспечивает стабилизатор (регулятор) напряжения, удерживающий значения в узких рамках. Единственная особенность, требующая вмешательства, это режим работы — автомобильные генераторы приводятся от двигателя и работают на больших скоростях.

Причем, скорость вращения двигателя автомобиля не постоянна, она меняется на протяжении всего времени работы в значительных пределах — от 800 об/мин до 6000 об/мин, а иногда и больше. Кроме того, автомобильный генератор имеет предел по силе тока, превысить который устройство не сможет ни при каких обстоятельствах.

КПД автогенераторов не превышает 60%, что объясняется наличием потерь в конструкционных узлах, расходом энергии на токи Фуко. Чем выше общая мощность устройства, тем выше его КПД. Производится переменный ток, который преобразуется в постоянный при помощи диодного выпрямителя.

Технология сборки ветрогенератора

Оптимальной основой для генератора домашнего ветряка видится модель АТ-700, взятая от трактора серии ДТ. Правда этот тракторный генератор в его изначальном виде рассчитан на частоту вращения ротора до 6000 об/мин. Под конструкцию домашнего ветряка такой параметр явно чрезмерный.

Есть два выхода из положения:

1. Применить какой-нибудь редуктор-мультипликатор, дающий требуемое передаточное отношение.
2. Перемотать существующую обмотку статора АТ-700 под малые обороты.

В принципе, оба варианта модернизации прибора достижимы. Но, судя по отзывам состоявшихся конструкторов, вариант с перемоткой обмотки статора более приемлем. Тем более если учитывать вес самого генератора АТ-700, достигающий 6 кг.

Если прибор дополнить редуктором, вес общего модуля увеличится вдвое. А это важный параметр для конструкции ветряка. Вес всегда стремятся уменьшить.

При использовании в конструкции ветряка генератора К 701 потребуется некоторая модернизация:

Шаг #1. Винт ветряной электростанции

Материалом для изготовления лопастей винта служит поливная алюминиевая труба (d = 200 мм) длиной 0,7 – 1,0 м. Изначально её разрезают вдоль на четыре отрезка, а затем из двух или трёх полученных частей вырезают лопасти требуемой формы.

Так как алюминий – материал, хорошо поддающийся обработке, вырезать из куска трубы нужную форму лопасти не проблема. Главное – правильно рассчитать и нарисовать шаблон.

Изготовленные лопасти будущего винта необходимо как-то скрепить и насадить на вал генератора. Эта работа более сложная, требует точного баланса и особенно при выполнении трехлопастной конструкции. Есть масса вариантов изготовления диска винта. Один из них – создание этой детали из алюминиевых пластин.

Потребуется рассчитать диаметр диска винта с учётом метровой длины лопастей. Для размаха крыла в 2 метра, расчётный диаметр диска может составлять 150-200 мм. На основании рассчитанного диаметра из листового алюминия вырезается необходимое количество круглых пластин (6-7 шт.).

Вырезанные круглые пластины накладывают друг на друга, выравнивают по кромкам и скрепляют. Для скрепления лучше всего использовать качественный эпоксидный клей. Но не исключены также иные методы крепежа.

На готовом склеенном диске необходимо в центральной точке разметить и просверлить отверстие под крепление на валу генератора. Отверстие доработать шпоночным пазом под размер шпонки, установленной на валу ротора генератора.

Приготовленный таким способом пропеллерный диск размечают под крепление лопастей. По намеченным линиям сверлят отверстия для болтов крепления кронштейнов. Эти детали тоже делаются алюминиевыми с подбором по толщине, достаточной для компенсации передаваемых усилий.

Останется приложить изготовленные ранее лопасти к диску в намеченных точках соединения, сбалансировать их на ровной поверхности и закрепить болтами.

Шаг #2. Изготовление мачты из трубы

Тракторный генератор АТ-700, оснащённый самодельным винтом, уже представляет собой реальный ветряк. С целью получения максимального эффекта от конструкции, её желательно поднять метров на 5-7 и к тому же обеспечить круговое перемещение на 360°.

Поэтому флюгер-ветряк ставят на мачту, которую проще всего изготовить на базе металлической трубы.

Мачта высотой 5-7 метров, оснащённая наверху ветрогенератором, будет испытывать значительные нагрузки. Соответственно диаметр металлической трубы нужен достаточно большой – не менее 50 мм по наружному размеру.

Крепление мачты выполняется за счёт четырёх тросовых растяжек, закреплённых сверху ближе к ветряку и растянутых в противовес друг другу.

Под верхний обрез трубы-мачты, во внутреннюю область, запрессовывается пара подходящих подшипников или крепится каким-то иным способом. Это будет опорный крутящийся блок, куда встанет флюгер с генератором и винтом. Остаётся сделать сам флюгер и установить на него всё необходимое оборудование.

Шаг #3. Как сделать алюминиевый флюгер

Флюгерную конструкцию, на одном конце которой место под автомобильный генератор с винтом, а на другом – место под «хвостовик», рекомендуется делать из лёгкого прочного материала.

Например, алюминиевая труба прямоугольного профиля подошла бы под основание в самый раз. В качестве крепежа генератора к профильной трубе удобнее применить хомуты из мягкой металлической ленты (лучше нержавеющей).

Хвост флюгера можно соорудить из того же алюминиевого листа и закрепить его к профильной трубе уголками. В точке центра тяжести, на профильной трубе, необходимо укрепить металлический штырь из нержавейки.

Эта деталь – в виде длинного болта (250-300 мм), диаметром около 30 мм (рассчитывается), проходит поперёк сквозь тело профильной алюминиевой трубы и закрепляется снизу гайкой. Поверх гайки ставится контргайка.

Диаметр резьбы болта должен быть чуть меньше внутреннего диаметра колец подшипников, запрессованных в трубе-мачте. В центре болта, по его оси, просверливается отверстие 7-10 мм. Сквозь это отверстие будет пропускаться электрический кабель от генератора и по трубе уходить вниз к месту подключения.

Шаг #4. Установка и подключение ветрогенератора

После всех описанных приготовлений (обязательно в условиях безветренной погоды) приступают к установке:

1. На основании флюгера крепят хомутами тракторный генератор.
2. Поднимают мачту от земли на 1,5 – 2 метра и устанавливают флюгер опорным болтом на подшипники.
3. Одновременно пропускают кабель от генератора сквозь тело болта и дальше внутри трубы до нижней точки выхода.
4. Также чуть ниже флюгерного основания жёстко устанавливают ограничитель, позволяющий вращаться флюгеру на 360° в одну или другу сторону, но не более того.
5. Поднимают мачту окончательно и укрепляют тросовыми растяжками.
6. Подключают концы кабеля к приёмному устройству (обычно через контроллер к аккумуляторной батарее).

На этом конструирование ветрового генератора можно считать завершённым. Однако есть ещё масса отдельных деталей процесса, с которыми придётся столкнуться в период применения устройства.

Эти детали связаны уже с автоматикой, регулирующей накопление и распределение энергии. Такие устройства как контроллер заряда, инвертор тока и прочие, являются обязательными компонентами ветровых генераторов.

Ветряк из автогенератора

У большинства автолюбителей среди запчастей в гараже всегда имеется запасной или снятый со старой машины генератор, пока не используемый по назначению. Его наличие в личном хозяйстве является прекрасным поводом для того, что собрать ветрогенератор из автомобильного генератора.

На данный момент в сети имеется множество информации по сооружению таких агрегатов, что позволяет выбрать подходящую модель для сборки в домашних условиях (один из таких образцов на фото ниже).

Отдельно обратим внимание на то, что старый механизм от автомобиля может быть даже неисправным. Это не так важно, поскольку всё равно потребуется его основательная переделка, а некоторые детали могут использоваться как запасные.

Важно! Основное условие целесообразности сборки такой модели – наличие сильных ветров в данной местности.

Это требование объясняется тем, что автомобильный генератор относится к высокоскоростному оборудованию, а при слабых ветрах достичь нужных оборотов не всегда удаётся.

Комплектующие

Для того чтобы собрать ветряк своими руками, помимо старого генератора, потребуется целый набор дополнительных узлов и деталей, перечень которых приводится ниже:

• Исправный и хорошо заряженный АКБ;
• Комплект соединительных проводов;
• Контроллер плюс преобразовательный инвертор, вместе образующие схему питания от ветряного генератора (на рисунке ниже приведён полный комплект силовой установки).

Из неё видно, что такая конструкция даже при условии самостоятельного изготовления всё равно обойдётся недёшево. К этому следует добавить, что в процессе её эксплуатации аккумуляторное устройство (АКБ) периодически придётся заменять.

Помимо этого, для возбуждения обмотки ротора потребуется ещё одна электронная плата, а также комплект съёмных щёток с коллектором.

Самостоятельное изготовление

При изучении вопроса о том, как сделать такое устройство проще, рекомендуется заменить ротор со щётками и коллектором на более простую конструкцию на основе постоянных магнитов, зафиксированных на вращающемся узле генератора.

При такой переделке дополнительно потребуется перемотать обмотки статора, чтобы несколько снизить обороты преобразователя энергии. Все рассмотренные выше детали хорошо видны на приведённом ниже рисунке.

Переделка ротора и статора

Порядок переделки ротора может быть представлен следующим образом:

• Сначала на алюминиевую немагнитную насадку переделываемого ротора устанавливается отрезок трубы, одеваемый на него с натягом;
• После его разметки на основании бандажа приклеивается на клей «Момент» несколько прямоугольных магнитов из неодима (с чередованием противоположных полюсов);
• Между фрагментами заливается эпоксидная смола, а после её застывания поверхность тщательно шлифуется.

При использовании «родного» статора автомобиля для выработки достаточного количества электроэнергии необходимо, чтобы ротор вращался с довольно высокой частотой (порядка 6000 об./мин.). С целью снижения этого показателя хотя бы до 600 оборотов в минуту нужно будет перемотать статорную обмотку, увеличив число витков в ней, примерно в пять раз.

Одновременно с этим сечение наматываемого провода потребуется немного уменьшить.

Обратите внимание! К относительным недостаткам генераторов на сверхмощных магнитах относят эффект залипания, затрудняющий начальный пуск устройства.

Для снижения последствий этого эффекта чередующиеся магнитные фрагменты наклеиваются на основание с небольшим перекосом. Помимо этого, с целью снижения паразитного действия специалисты рекомендуют перебрать пластины статора, полностью разобрав его с помощью подходящего инструмента.

После разборки отдельные элементы пакета пластин выравниваются на небольшой наковальне или основании тисков посредством резинового молотка. Для сборки статора потребуется специальная оснастка, позволяющая стягивать их с помощью небольших струбцин.

Обустройство ветряного колеса

В качестве лопастей ветряка удобнее всего использовать дюралевую трубу, диаметр которой составляет не менее одной пятой от предполагаемой длины. Для примера, берётся труба метровой длины с диаметром 20 см, которая разрезается затем по продольным линиям на четыре равные полосы.

Из каждой получившейся заготовки делается одно крыло, причём первое из них может использоваться в качестве шаблона для изготовления оставшихся трёх. Края получившихся заготовок скругляются напильником, а затем тщательно шлифуются до идеального состояния.

Закрепляются лопасти на старом диске, снятом с отработавшей свой срок циркулярной пилы, прежде сточив все имеющиеся зубья и высверлив установочные отверстия. Изготовленные по шаблону лопасти должны иметь форму, которая подбирается экспериментальным путём (после целого ряда опытов по достижению максимальной производительности).

В заключение обзора отметим, что собрать работающий механизм, обеспечивающий требуемую эффективность генерации, удаётся лишь пользователям, имеющим некоторый опыт проведения соответствующих работ. В этом случае грамотно изготовленный ветряной генератор сможет обеспечить потребителя электроэнергией мощностью до 1 кВт.

Сборка ветряка

Установка ветрогенератора должна выполняться в безветренную погоду. Сборку домашней ветряной электростанции начинают с соединения генератора и флюгера. Генератор закрепляют к основанию флюгера при помощи хомутов. После этого, флюгер необходимо установить в подшипники, которые обеспечат его вращение. На этом узле должен стоять ограничитель, который не даст вращаться на угол больший, чем 360 градусов.

При выборе места установки необходимо учитывать, что ветрогенератор должен находиться не ближе 20 м к жилым домам. При монтаже конструкции ветряка необходимо проложить силовой кабель. Поднятый на мачте флюгер (высота порядка 5 — 6-ти метров) закрепляют при помощи тросовых растяжек, надежность установки которых надо регулярно проверять. Нижняя часть мачты крепится болтами к металлическому основанию, которое готовится заблаговременно (желательно, чтобы это была забетонированная конструкция, т.к. при сильных ветрах возможны значительные напряжения). В качестве мачты удобно брать обычную металлическую трубу (диаметром 50 мм).
По окончании работ, подготовленные концы кабеля можно подключить к приемнику электроэнергии, как правило, для этого используют аккумуляторы. Но подключение аккумуляторов напрямую приведет к их выходу из строя (при высоких оборотах большая величина зарядного тока), поэтому в схеме подключения ветряка должен быть предусмотрен контроллер напряжения. Также необходим инвертор, преобразующий энергию.

Преимущества и недостатки конструкции

Как и все устройства, ветрогенератор имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Обслуживание ветрогенератора

Ветрогенератор, как и любое другое устройство, нуждается в техническом контроле и обслуживании. Для бесперебойной работы ветряка периодически проводят следующие работы.

Схема работы ветрогенератора

1. Наибольшего внимания требует токосъёмник. Щётки генератора нуждаются в чистке, смазке и профилактической регулировке раз в два месяца.
2. При первых признаках неисправности лопастника (дрожание и разбалансировка колеса) ветрогенератор опускают на землю и ремонтируют.
3. Раз в три года металлические детали покрывают антикоррозийной краской.
4. Регулярно проверяют крепления и натяжение тросов.

Теперь, когда установка окончена, можно подключать приборы и пользоваться электроэнергией. По крайней мере, пока ветрено.