Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборки

Расчет лопастей

На практике мало кто вычисляет параметры лопастей, поскольку для этого надо обладать специальной подготовкой и располагать данными. Большинство значений, нужных для расчетов, необходимо сначала отыскать, некоторые из них и вовсе будут известны только после запуска ветряка. Кроме того, для большинства видов до сих пор нет математической модели вращения, что делает расчеты бесполезными.

Чаще всего производится подбор диаметра крыльчатки по требующейся мощности, выполняемый по таблице:

Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборки

Как вариант, можно использовать онлайн-калькулятор, позволяющий получить готовый результат за секунды, надо только подставить в окошечки программы собственные данные.

Необходимо учитывать, что расчеты такого устройства, как крыльчатка, не будут иметь достаточной точности из-за большого количества тонких эффектов и неизвестных величин, поэтому, чаще всего, прибегают к экспериментальному подбору формы и размера.

Суть функционирования

Она для подобных конструкций отличается простотой. Вращающийся ротор позволяет получить трехфазный ток. Он, после прохождения контроллера, подзаряжает аккумулятор. Далее, благодаря инвертору, он преобразуется до «состояния», пригодное для использования бытовыми приборами – холодильниками, телевизорами, микроволновыми печами, стиральными машинами и бойлерами, пр.

Некоторая часть ее аккумулируется, остальную потребляют приборы.

Лопасти подвергаются во время вращения сразу трем воздействиям:

  • подъемной силе;
  • импульсной;
  • тормозящей.

Последние две стараются преодолеть силу торможения, заставляют вращаться маховик, благодаря чему, ротором создается в неподвижной части генератора магнитное поле, принуждающее по проводам течь ток.

Ветровое колесо

Лопасти, пожалуй, самая важная часть ветрогенератора. От конструкции будет зависеть работа остальных узлов устройства. Изготавливают их из разных материалов. Даже из пластиковой канализационной трубы. Лопасти из трубы просты в изготовлении, стоят дёшево и не подвержены воздействию влаги. Порядок изготовления ветроколеса следующий:

  1. Необходимо рассчитать длину лопасти. Диаметр трубы должен быть равен 1/5 от общего метража. К примеру, если лопасть будет метровая, то подойдёт труба диаметром 20 см.
  2. Разрезаем трубу лобзиком вдоль на 4 части.
  3. Из одной части изготавливаем крыло, которое послужит шаблоном для вырезания последующих лопастников.
  4. Заусенца на краях сглаживаем абразивом.
  5. Лопасти фиксируют к алюминиевому диску с приваренными полосами для крепления.
  6. Далее к этому диску прикручивается генератор.

Лопасти для ветрового колеса

После сборки ветроколесо нуждается в балансировке. Его закрепляют на штативе горизонтально. Операцию проводят в закрытом от ветра помещении. В случае правильно проведённой балансировки колесо не должно двигаться. Если же лопасти вращаются сами, то их требуется подточить до придания равновесия всей конструкции.

Только после успешного завершения данной процедуры следует перейти к проверке точности вращения лопастей, они должны крутиться в одной плоскости без перекоса. Допускается погрешность в 2 мм.

Схема сборки генератора

Принцип работы

Устройство состоит из ротора с лопастями, электрогенератора, мачты для установки, инверторов, аккумулятора, контролёра заряда, проводов, по которым проходит электроэнергия. Мачта может быть с растяжками и без них. В зависимости от типа сооружения, иногда она способна опускаться для профилактики или ремонта устройства.

Ветрогенератор — устройство для преобразования энергии силы ветра в электрическую

Работа ветрогенератора включает в себя 5 основных этапов:

  1. Ветер раскручивает ротор или лопасти.
  2. Происходит соединение электрогенератора и ротора.
  3. Выработанная энергия поступает сначала на контролёр заряда, а после этого на аккумулятор.
  4. Затем она проходит к инверторам и преобразуется из 12 в 220 Вольт (или из 24 в 380 Вольт).
  5. Электроэнергия подаётся в сеть.

Мощности ветрогенератора хватает для уличного освещения, сигнализации и других устройств

Источник

Дополнительное электрооборудование

Как уже было сказано выше, неотъемлемой частью ветряной электростанции является аккумулятор, берущий на себя питание потребителей. при его выборе нужно помнить, что чем больше его емкость, тем дольше он сможет поддерживать напряжение в сети, но при этом и дольше будет заряжаться. Приблизительное время работы можно определить как то время, за которое исчерпается половина емкости аккумулятора (после этого падение напряжения станет уже ощутимым, кроме того, глубокий разряд снижает ресурс свинцово-кислотных батарей).

Пример: Так, аккумулятор емкостью 65 А*ч условно сможет отдавать в нагрузку 30-35 ампер-часов энергии. Много это или мало? Обычная лампа освещения мощностью 60 ватт потребует, с учетом наличия инвертора, преобразующего 12 В постоянного тока в 220 В переменного и имеющего собственный КПД в пределах 70%, тока в 7 ампер — это чуть больше четырех часов работы. Восстанавливать же растраченную энергию наш ветряк с условной мощностью 90 ватт даже в лучшем случае, при постоянном сильном ветре, будет не менее пяти часов. Как вы видите, при использовании ветрогенератора исключительно как автономного источника энергии электричество в вашем доме будет доступным лишь на несколько часов в день.

Вторым узлом системы электроснабжения становится инвертор. В нашем случае можно использовать как готовый автомобильный, так и извлеченный из источника бесперебойного питания

В любом случае важно не перегружать его потреблением тока, учитывая, что реальная эксплуатационная мощность его в 1,2-1,5 раза меньше указываемой максимальной мощности

Как вы можете видеть, привлекательность использования даровой энергии упирается во многочисленные ограничения, и даже единственный эффективный в средней полосе России вариант — ветрогенератор — неспособен обеспечивать длительную автономность.

Популярные статьи  Как правильно выставить маяки под штукатурку

Но вместе с тем эта идея неплоха и как источник аварийного электропитания и, особенно, как конструкторская задача — удовольствие от создания своими руками ветрогенераторной установки может в разы превосходить ее мощность.

Принцип действия

Контроллеры, используемые в составе ветровых установок, это сложные технические устройства, которые выполняют следующие функции:

  1. Осуществляет контроль за зарядом аккумуляторных батарей (АКБ), являющихся накопителем вырабатываемой электрической энергии.
  2. Преобразует вырабатываемый ветрогенератором переменный электрический ток в постоянный, который является рабочим током, для аккумуляторов.
  3. Контролирует повороты лопастей ветровой установки.
  4. Осуществляет перенаправление вырабатываемого электрического тока, в зависимости от заряда АКБ и количеством вырабатываемой энергии.

Работа контроллеров, обеспечивающих работу ветровых установок в автоматическом режиме, осуществляется, в зависимости от их конструкции и мощности ветрогенератора, следующим образом:

1.Для ветряков большой мощности.

  • В комплекте с контроллером в состав ветровой установки монтируется балластное сопротивление. В этом качестве могут быть использованы электрические ТЭНы или иные электрические резисторы, обладающие значительным сопротивлением.
  • В процессе работы ветровой установки, когда напряжение на аккумуляторах достигнет значений в 14, — 15,0 Вольт, контроллер их отключает от линии питания и переключает потоки электрической энергии, вырабатываемой установкой, на балластное сопротивление.

2.Для ветряков малой мощности.

Когда заряд АКБ завершен, и значения напряжения достигли максимально возможных величин, контроллер осуществляет торможение вращения лопастей ветровой установки. Эта операция осуществляется путем замыкания фаз ветрового генератора, что и приводит к торможению и останову вращения установки.

Ветряк 2 — аксиальная конструкция на магнитах

Ветрогенераторы на 220в своими руками с неодимовыми магнитами получили название аксиальные ветряки. Устройство таких конструкций основано на не железных статорах с прикрепленными магнитами. Ввиду того, что стоимость последних упала в несколько раз, изготовить генератор на магнитах своими руками стало проще. Модель этого ветряка позволит получить большее количество электрической энергии, нежели созданные роторные электрогенераторы своими руками.

Что необходимо подготовить?

Что такое ветровой генератор, устройство и принцип работы

Главный элемент механической конструкции аксиального генератора – ступица колеса легкового автомобиля вместе с тормозными дисками, которая станет будущим ротором. Если деталь использовалась раньше по своему предназначению, то следует ее подготовить. Для этого разбираем ступицу на составные части и металлической щеткой отчищаем внутренние и внешние стенки элемента от ржавчины. Каждый подшипник тщательно смазываем. Теперь собираем ступицу в обратном порядке.

Распределение и закрепление магнитов

Для закрепления неодимовых магнитов на тормозных дисках ротора, подготавливаем 20 единиц прямоугольной формы с размерами 25×8 мм.

Четное количество магнитов образует полюса. Располагаем их, по всей области дисков чередуя через один. Для того чтобы выяснить, где у магнита плюс и минус, берется один из них, а остальные прислоняем к нему сначала одной, а затем другой сторонами. Если они намагничиваются, то маркером ставим на этой стороне плюс и наоборот. При увеличении количества полюсов, руководствуемся следующим правилами:

  1. Для однофазных генераторов сумма полюсов равняется количеству магнитов.
  2. Для трехфазных соблюдается соотношение пропорции 4/3 по единицам магнитов и полюсов, а также 2/3 по полюсам к катушкам соответственно.

Магниты установлены перпендикулярно окружности диска

Чтобы точно распределить магниты по окружности тормозного диска используем шаблон, нарисованный на листе бумаги. Магниты клеим с помощью сильного клея, а затем фиксируем эпоксидной смолой.

Трехфазные и однофазные генераторы

Статор с одной фазой сравнительно хуже, нежели трехфазные аналоги. Ввиду непостоянства при отдачи тока, возникают высокие колебания амплитуды в электросети, поэтому однофазные устройства выдают вибрацию. В трехфазных генераторах происходит компенсация нагрузки тока из одной фазы в другую. Благодаря этому мощность в такой сети всегда постоянная. Вибрационные воздействия негативно влияют на конструкцию в целом, следовательно, срок использования однофазных генераторов значительно меньше, нежели у трехфазных. Еще одно преимущество трехфазной модели – отсутствие шума во время работы.

Процесс наматывания катушек

Прежде чем приступить к наматыванию провода на катушки генератора, делаем предварительные расчеты: момент начала заряжания аккумулятора в 12 вольт должно происходить при номинальной величине в 110 об/мин. Используя эти данные, вычисляем необходимое количество витков в отдельно взятой катушке: 12*110/N, где N – число катушек. Для обмотки используем исключительно провода с крупным сечением. Это уменьшит единицы сопротивления и увеличит силу тока.

Мачта и винт

Высотные показатели мачты должны составлять около 6-12 метров. Под основание мачты заливается опалубка, а затем бетонируется. К верхней части крепим винт, который можно изготовить из труб ПВХ диаметром 160 мм и длинной не менее 2 метров. Из нее вырезаем шесть двухметровых пластин. Фиксируем полученный финт на верху мачты. Саму мачту укрепляем с помощью тросов, прибитых с одной стороны к земле, а с другой – к телу конструкции.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Особенности эксплуатации ветряков

Любой из двух представленных моделей ветряков подходит для использования в качестве альтернативного источника электроэнергии. При изготовлении такого устройства может использоваться любой генератор 220в. К примеру, сконструированный ветрогенератор своими руками из стиральной машины имеет большую продолжительность эксплуатации. Ветрогенератор из шуруповерта – один из самых простых вариантов ветряка. Владельцы загородных домов по достоинству оценят такое изобретение. Каждый тип ветрогенераторов обладает набором индивидуальных преимуществ и недостатков. Степень эффективности отдельно взятой конструкции может разниться для различных регионов нашей страны. Такой источник электричества под рукой никогда не помешает, тем более, если такое оборудование будет использовать на равнинной местности с высокой интенсивностью ветра.

Популярные статьи  Стеклянные полки на стену: идеи дизайнеров и применение в интерьере

Усовершенствования и доработка

При изготовлении ветрогенератора чаще всего применяются различные готовые устройства или узлы, определенным образом переделанные и усовершенствованные для максимального соответствия задуманным параметрам. Наиболее часто таким изменениям подвергаются двигатели или генераторы, поскольку они довольно легко доводятся до нужного состояния.

Большинство электродвигателей способны работать в режиме генератора, и переделывать их необходимо только для оптимизации работы в тихоходном режиме, так как частота вращения ветряка низка, и даже с повышающим редуктором высоких скоростей не добиться. Поэтому производят доработку, повышающую чувствительность устройства до необходимых пределов.

Этапы

Создание самодельного ветрогенератора имеет два основных этапа:

  • изготовление ротора
  • создание генератора

Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:

Технические характеристики

При покупке контроллера заряда для ветрогенератора необходимо внимательно изучить его техпаспорт. При выборе важны характеристики:

  • мощность — должна соответствовать мощности ветровой установки;
  • напряжение — должно соответствовать напряжению АКБ, установленных на ветряк;
  • макс. мощность — обозначает максимально допустимую мощность для модели контроллера;
  • макс. ток — обозначает, с какими максимальными мощностями ветрогенератора может работать контроллер;
  • диапазон напряжения — показатели макс. и мин. напряжения АКБ для адекватной работы устройства;
  • возможности дисплея — какие данные об устройстве и его работе выводятся на дисплей у той или иной модели;
  • условия эксплуатации — при каких температурах, уровне влажности может работать выбранное устройство.

Если вы не можете подобрать устройство контроля заряда самостоятельно, свяжитесь с консультантом и покажите ему технический паспорт своего ветряка. Прибор выбирается в соответствии с возможностями ветровой установки. Неправильные условия эксплуатации и отклонения от диапазона напряжения пагубно скажутся на работе всей ветровой системы.

Классификация видов генераторов энергии

Существует несколько признаком, по которым классифицируют ветроэлектрические установки. Как подобрать оптимальный вариант устройства для загородной собственности подробно рассказано в одной из самых популярных статей на нашем сайте.

Итак, ветряки различаются по:

  • числу лопастей в пропеллере;
  • материалам изготовления лопастей;
  • расположению оси вращения относительно поверхности земли;
  • шаговому признаку винта.

Встречаются модели с одной, двумя, тремя лопастями и многолопастные.

Изделия с большим числом лопастей начинают своё вращение даже при небольшом ветре. Обычно их используют в таких работах, когда сам процесс вращения важнее получения электроэнергии. Например, для извлечения воды из глубоких скважинных стволов.

Лопасти могут быть парусными или жесткими. Парусные изделия намного дешевле жестких, на изготовление которых идёт металл или стеклопластик. Но их приходится очень часто ремонтировать: они непрочные.

Что касается расположения оси вращения относительно земной поверхности, различают вертикальные ветряки и горизонтальные модели. И в этом случае каждая разновидность имеет свои преимущества: вертикальные более чутко реагируют на каждое дуновение ветра, зато горизонтальные мощнее.

Ветрогенераторы разделяются по шаговым признакам на модели с фиксированным и изменяемым шагом. Изменяемый шаг позволяет существенно увеличивать скорость вращения, но такая установка отличается сложной и массивной конструкцией. ВЭУ с фиксированным шагом проще и надёжнее.

Галерея изображений

Фото из

Шаг 1: Разборка бывшего в употреблении генератора

Шаг 2: Восстановление возможностей двигателя

Шаг 3: Сборка восстановленного двигателя для ветряка

Шаг 4: Соединение проводов двигателя и вывод их к силовой линии

Шаг 5: Специфические особенности устройства поворотного узла

Шаг 6: Изготовления хвоста для реагирования на ветер

Шаг 7: Крепление лопастей ветряной мини электростанции

Шаг 8: Сборка практически бесплатного генератора электроэнергии

Основные характеристики

При выборе контроллера, используемого в схемах ветровых генераторов, необходимо изучить технические характеристики данного электронного устройства.

Основными характеристиками, которые указывает производитель, служащими критериями выбора подобных устройств, являются:

  • Номинальное напряжение, измеряемое в Вольтах;
  • Рабочая мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальная мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальный ток, измеряемый в Амперах;
  • Сброс балластной энергии (что может быть использовано);
  • Условия эксплуатации (рабочая температура, влажность, высота над уровнем моря);
  • Способность к дистанционной передаче данных о работе ветровой установки;
  • Габаритные размеры;
  • Вес устройства.

Шаг 6: Установка генератора

Во-первых, установите мотор на верху квадратной трубы (мотор должен быть на одном уровне с концом трубы). Просверлите отверстие для шнура питания. Рекомендую просверлить отверстие большего диаметра, чтобы убедится в том, что металл не врезается в провод. Следующей операцией будет прикрепление 3 см фланца к квадратной трубе. Фланец должен находится сзади того места, где смонтирован двигатель (это все должно быть довольно близко к друг другу, для балансировки точки равновесия трубы). Просверлите два отверстия и прикрутите фланец к трубе. Просверлите третье отверстие в центре фланца для провода, чтобы пропустить его внутри по флагштоку. Заправьте провод от мотора во внутрь через оба отверстия, что вы просверлили и прикрепите мотор к трубе используя большие хомуты (убедитесь в том, что хомуты плотно затянуты).

Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборкиПримечание: мотор, что использовался в проекта был с штепсельной вилкой на конце шнура, но мне пришлось его удалить для того, чтобы продеть его через трубу.

Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборкиПосле того, как все это сделано проденьте трубу диаметром 3 см во фланец. Используем трубу длиной 61 см. Она будет выступать в качестве основы для ветрогенератора.

Мачта

Мачта, на которой крепится ветрогенератор — это один из самых важных его узлов.

Она не только обеспечивает безопасность эксплуатации ветряка (нижняя точка круга, описываемого лопастями, должна быть не ближе 2 метров к земле), но и позволяет ему максимально эффективно использовать энергию ветра, поток которого вблизи от земли становится более турбулентным.

Большая высота приводит к низкой жесткости мачты ветрогенератора и делает ее прочностной расчет достаточно сложным не только для мастера-любителя, но и для инженера. Можно перечислить лишь основные моменты:

  • Размещайте мачту возможно дальше от дома и деревьев, затеняющих воздушный поток. Кроме того, при сильном ветре возможно падение ветрогенератора на здание либо его повреждение деревьями;
  • Оптимальная конструкция мачты — это ажурная сварная ферма наподобие вышек электропередач, но в изготовлении она сложна и дорога. Простейший, но достаточно эффективный вариант — это несколько параллельных труб диаметром 80-100 мм, сваренных короткими швами между собой и забетонированных на глубину не менее метра в земле. Конструкцию из одной трубы крайне желательно усилить тросовыми растяжками, которые также крепятся к залитым в бетон опорам.
  • Для упрощения обслуживания ветряка его мачту можно сделать переломной: в этом случае при ослаблении растяжки, идущей в направлении перелома, мачту можно будет наклонить к земле.

Рассказ об очень простом ветрогенераторе из домашнего вентилятора

Электрическая схема контроллера заряда ветрогенератора своими руками

Чтобы изготовить прибор самостоятельно, вам необходимо владеть навыками сборки электроприборов. У этого устройства сложная схема, и неправильная сборка может привести к выведению из строя всех подключенных к сети приборов, в том числе и ветровую установку. Если вы не уверены в своей квалификации, лучше купить заводской прибор. Цена на рынке стартует от 4000 рублей. Устройства китайского производства могут обойтись в 1000 рублей. Цена зависит от страны производства и укомплектованности устройства.

Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборки

Что понадобится для самостоятельной сборки:

  • схема устройства, соответствующая техническим характеристикам вашего ветряка;
  • комплектующие для сборки схемы (регуляторы, лампочки, резисторы, провода);
  • рисунок монтажной платы (сделать самостоятельно).

Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборки

Дальнейшие действия — дело техники. Нужную схему можно найти в интернете. Перед поисками определите необходимую мощность и напряжение для вашей ветровой установки, и от этого отталкивайтесь в подборе схемы инвертора. Если у вас самодельный ветрогенератор, измерьте его мощность и напряжение самостоятельно. Для этого вам понадобится мультиметр (функция измерения тока). Сила тока и напряжение меряются в проводе от ветряка. Умножьте друг на друга эти величины и получите мощность ветровой установки (в Ваттах).

Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборки

На самой схеме в условных обозначениях будет написано, какие комплектующие и в каком количестве вам понадобятся. Все это продается в магазинах электрики. Некоторые элементы, например, светодиодные лампочки или провода, можно извлечь из ненужных вам приборов. После этого нарисуйте монтажную плату, продумав, где будет находиться каждый элемент прибора в соответствии с требованиями схемы. Соберите устройство и протестируйте.

Устройство двигателя

Для разработки контроллера необходимо разобраться с принципом работы самого электродвигателя.

Электродвигатель состоит из фазных обмоток, магнитов и датчиков Холла, отслеживающих положение вала двигателя.

Конструктивно электродвигатели делятся на два типа: инраннеры и аутраннеры.

У инраннеров магнитные пластины крепятся на вал, а обмотки располагаются на барабане (статоре), в этом случае в движение приводится вал. В случае аутраннера всё наоборот: на валу — фазные обмотки, а в барабане — магнитные пластины. Это приводит в движение барабан.

Так как у велосипеда колесо крепится валом на раму, то здесь применителен тип аутраннера.

На этой картинке условно представлены три фазы с обмотками, соединёнными между собой. В реальности обмоток намного больше, они располагаются равномерно с чередованием по фазам по окружности двигателя. Чем больше обмоток — тем плавнее, чётче, эластичнее работает двигатель.

В двигатель устанавливаются три датчика Холла. Датчики реагируют на магнитное поле, тем самым определяя положение ротора относительно статора двигателя. Устанавливаются с интервалами в 60 или 120 электрических градусов. Эти градусы относятся к электрическому фазному обороту двигателя. Необходимо учитывать, что чем больше в двигателе обмоток на каждую фазу, тем больше происходит электрических оборотов за один физический оборот мотор-колеса.

Обмотки трёх фаз в большинстве случаев соединяются между собой по двум схемам: звезда и треугольник. В первом случае ток проходит от одной из фаз к другой, во втором — по всем трём фазам в разной степени. Иногда эти две схемы подключения комбинируют в одном двигателе, например в электромобилях. При старте и наборе скорости идёт соединение фаз по звезде: она даёт больший момент при относительно низких оборотах; далее, после набора скорости, происходит переключение на треугольник, в результате количество оборотов увеличивается, когда уже не нужен большой крутящий момент. По сути, получается условно автоматическая коробка передач электродвигателя.

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий