Вітрогенератор з. Зробимо вітряний генератор своїми руками. Саморобні вітрові генератори

Нами було розроблено конструкцію вітрогенератора з вертикальною віссю обертання. Нижче представлено докладний посібник з його виготовлення, уважно прочитавши яке, ви зможете зробити вертикальний вітрогенератор самі.

Вітрогенератор вийшов цілком надійний, з низькою вартістю обслуговування, недорогий та простий у виготовленні. Поданий нижче список деталей дотримуватись не обов'язково, ви можете внести якісь свої корективи, щось поліпшити, використовувати своє, т.к. не скрізь можна знайти саме те, що у списку. Ми постаралися використати недорогі та якісні деталі.

Використовувані матеріали та обладнання:

Найменування	Кількість	Примітка
Список використаних деталей та матеріалів для ротора:
Попередньо вирізаний лист металу	1	Вирізаний із сталі товщиною 1/4" за допомогою гідроабразивної, лазерної та ін. різання
Ступиця від авто (Хаб)	1	Повинна містити 4 отвори, діаметр близько 4 дюймів
2" x 1" x 1/2" неодимовий магніт	26	Дуже тендітні, краще замовити додатково
1/2"-13tpi x 3" шпилька	1	TPI - кількість витків різьблення на дюйм
1/2" гайка	16
1/2" шайба	16
1/2" гровер	16
1/2".-13tpi ковпачкова гайка	16
1" шайба	4	Для того щоб витримати зазор між роторами
Список деталей і матеріалів для турбіни, що використовуються:
3" x 60" Оцинкована труба	6
ABS пластик 3/8" (1.2x1.2м)	1
Магніти для балансування	Якщо потрібні	Якщо лопаті не збалансовані, магніти прикріплюються для балансування
1/4" гвинт	48
1/4" шайба	48
1/4" гровер	48
1/4" гайка	48
2" x 5/8" куточки	24
1" куточки	12 (опціонально)	Якщо лопаті не тримають форму, то можна додати дод. куточки
гвинти, гайки, шайби та гровери для 1" куточка	12 (опціонально)
Список використовуваних деталей та матеріалів для статора:
Епоксидка із затверджувачем	2 л
1/4" гвинт нерж.	3
1/4" шайба нерж.	3
1/4" гайка нерж.	3
1/4" кільцевий наконечник	3	Для ел. з'єднання
1/2"-13tpi x 3" шпилька нерж.	1	Нерж. сталь не є феромагнетиком, тому не "гальмуватиме" ротор
1/2" гайка	6
Склотканина	Якщо потрібна
0.51мм емал. дріт		24AWG
Список використовуваних деталей та матеріалів для монтажу:
1/4" x 3/4" болт	6
1-1/4" фланець труби	1
1-1/4" оцинк. труба L-18"	1
Інструменти та обладнання:
1/2"-13tpi x 36" шпилька	2	Використовується для піддомкрачування
1/2" болт	8
Анемометр	Якщо потрібен
1" лист алюмінію	1	Для виготовлення проставок, якщо знадобляться
Зелена фарба	1	Для фарбування утримувачів пластику. Колір не важливий
Блакитна фарба бал.	1	Для фарбування ротора та інших частин. Колір не важливий
Мультиметр	1
Паяльник і припій	1
Дриль	1
Ножівка	1
Керн	1
Маска	1
Захисні окуляри	1
Рукавички	1

Вітрогенератори з вертикальною віссю обертання не настільки ефективні, як їх горизонтальні побратими, проте вертикальні вітрогенератори менш вимогливі до місця встановлення.

Виготовлення турбіни

1. З'єднує елемент - призначений для з'єднання ротора до лопаті вітрогенератора.
2. Схема розташування лопатей - два зустрічні рівносторонні трикутники. За цим кресленням потім легше буде розташувати куточки кріплення лопатей.

Якщо не впевнені в чомусь, шаблони з картону допоможуть уникнути помилок та подальших переробок.

Послідовність дій виготовлення турбіни:

1. Виготовлення нижньої та верхньої опор (підстав) лопатей. Розмітьте і за допомогою лобзика виріжте з ABS пластика коло. Потім обведіть її та виріжте другу опору. Повинні вийти два абсолютно однакові кола.
2. У центрі однієї опори виріжте отвір діаметром 30 см. Це буде верхня опора лопатей.
3. Візьміть хаб (малочка від авто) і розмітте і просвердліть чотири отвори на нижній опорі для кріплення хаба.
4. Зробіть шаблон розташування лопатей (мал. вище) і розмітте на нижній опорі місця кріплення куточків, які з'єднують опору та лопаті.
5. Складіть лопаті в стопку, міцно зв'яжіть їх і обріжте до необхідної довжини. У цій конструкції лопаті довжиною 116 см. Чим довше лопаті, тим більше енергії вітру вони отримують, але зворотним боком є ​​нестабільність у сильний вітер.
6. Розмітте лопаті для кріплення куточків. Натисніть і просвердліть отвори в них.
7. Використовуючи шаблон розташування лопат, представлений на малюнку вище, прикріпіть лопаті до опори за допомогою куточків.

Виготовлення ротора

Послідовність дій з виготовлення ротора:

1. Покладіть дві основи ротора один на одного, поєднайте отвори і напилком або маркером зробіть невелику мітку з боків. Надалі це допоможе правильно зорієнтувати їх відносно один одного.
2. Зробіть два паперові шаблони розташування магнітів і приклейте їх на основи.
3. Промаркуйте полярність усіх магнітів за допомогою маркера. Як "тестер полярності" можна використовувати невеликий магніт, обмотаний ганчіркою або ізолентою. Проводячи його над великим магнітом, добре видно, відштовхується він чи притягується.
4. Приготуйте епоксидну смолу (додавши до неї затверджувач). І поступово нанесіть її знизу магніту.
5. Дуже акуратно піднесіть магніт до краю основи ротора та перемістіть його до своєї позиції. Якщо магніт встановлювати зверху ротора, то велика потужність магніту може його різко примагнітити і може поламатися. І ніколи не пхайте свої пальці та інші частини тіла між двома магнітами або магнітом та залізом. Неодимові магніти дуже сильні!
6. Продовжуйте приклеювати магніти до ротора (не забудьте змащувати епоксидкою), чергуючи їх полюси. Якщо магніти з'їжджають під впливом магнітної сили, то скористайтеся шматком дерева, маючи його між ними для страховки.
7. Після того, як один ротор закінчили, переходьте до другого. Використовуючи раніше поставлену мітку, розташуйте магніти навпроти першого ротора, але в іншій полярності.
8. Покладіть ротори подалі один від одного (щоб вони не примагнітилися, інакше потім не віддереться).

Виготовлення статора дуже трудомісткий процес. Можна, звичайно, купити готовий статор (спробуй ще знайти їх у нас) або генератор, але не факт, що вони підійдуть для конкретного вітряка зі своїми індивідуальними характеристиками

Статор вітрогенератора - електричний компонент, що складається з 9-ти котушок. Котушка статора зображена на фото вище. Котушки поділені на 3 групи, по 3 котушки в кожній групі. Кожна котушка намотана дротом 24AWG (0.51мм) і містить у собі 320 витків. Більша кількість витків, але більш тонким дротом дасть вищу напругу, але менший струм. Тому параметри котушок можуть бути змінені, залежно від того, яка напруга вам потрібна на виході вітрогенератора. Нижченаведена таблиця допоможе вам визначитися:
320 витків, 0.51 мм (24AWG) = 100В @ 120 об/хв.
160 витків, 0.0508 мм (16AWG) = 48В @ 140 об/хв.
60 витків, 0.0571 мм (15AWG) = 24В @ 120 об/хв.

Вручну намотувати котушки - це нудне та важке заняття. Тому, щоб полегшити процес намотування, я б вам порадив зробити просте пристосування - намотувальний верстат. Тим більше, що його конструкція досить проста і зробити його можна з підручних матеріалів.

Витки всіх котушок повинні бути намотані однаково, в тому самому напрямку і звертайте увагу або відзначайте, де початок, а де кінець котушки. Для запобігання розмотування котушок вони обмотані ізолентою і промазані епоксидкою.

Пристосування виготовлено з двох шматків фанери, вигнутої шпильки, шматка ПВХ-труби та цвяхів. Перед тим, як вигнути шпильку, нагрійте її пальником.

Невеликий шматок труби між дощечками забезпечує задану товщину, а чотири цвяхи забезпечують необхідні розміри котушок.

Ви можете придумати свою конструкцію намотувального верстата, а може у вас вже є готовий.
Після того, як всі котушки намотані, їх необхідно перевірити на ідентичність один до одного. Це можна зробити за допомогою ваги, а також потрібно поміряти опору котушок мультиметром.

Не підключайте домашніх споживачів безпосередньо від вітрогенератора! Також дотримуйтесь заходів безпеки при поводженні з електрикою!

Процес з'єднання котушок:

1. Зачистіть кінці висновків кожної котушки шкіркою.
2. З'єднайте котушки, як показано на малюнку вище. Повинно вийти 3 групи, по 3 котушки у кожній групі. За такої схеми з'єднань вийде трифазний змінний струм. Кінці котушок припаяйте або скористайтеся затискачами.
3. Виберіть одну з таких конфігурацій:
   А. Конфігурація " зіркаДля того, щоб отримати велику напругу на виході, з'єднайте висновки X, Y і Z між собою.
   B. Конфігурація трикутник. Щоб отримати великий струм, з'єднайте X з B, Y з C, Z з A.
   C. Для того, щоб у майбутньому зробити можливість змінювати конфігурацію, наростіть усі шість провідників і виведіть їх назовні.
4. На великому аркуші паперу намалюйте схему розташування та підключення котушок. Усі котушки повинні бути рівномірно розподілені та відповідати розташуванню магнітів ротора.
5. Прикріпіть котушки за допомогою скотчу до паперу. Приготуйте епоксидну смолу із затверджувачем для заливання статора.
6. Для нанесення епоксидки на склотканину використовуйте малярську кисть. Якщо необхідно, додайте невеликі шматочки склотканини. Не заповнюйте центр котушок, щоб забезпечити їх достатнє охолодження під час роботи. Намагайтеся уникати утворення бульбашок. Метою даної операції є закріплення котушок на своїх місцях та надання плоскої форми статору, який розташовуватиметься між двома роторами. Статор не буде навантаженим вузлом і не обертатиметься.

Для того, щоб стало зрозуміліше, розглянемо весь процес у картинках:

Готові котушки поміщаються на вощений папір із накресленою схемою розташування. Три невеликі кола по кутах на фото вище – місця отворів для кріплення кронштейна статора. Кільце в центрі запобігає попаданню епоксидки в центральне коло.

Котушки закріплені на своїх місцях. Склотканина, невеликими шматочками поміщається навколо котушок. Висновки котушок можна вивести усередину або назовні статора. Не забудьте залишити достатній запас довжини висновків. Обов'язково перевірте всі з'єднання і продзвоніть мультиметром.

Статор практично готовий. Отвори для кріплення кронштейна свердляться в статорі. При свердлінні отворів дивіться не потрапите у виводи котушок. Після завершення операції обріжте зайву склотканину і, якщо необхідно, шкуркою зачистіть поверхню статора.

Кронштейн статора

Труба для кріплення осі хаба обрізала під потрібний розмір. У ній були просвердлені отвори та нарізане різьблення. Надалі в них будуть вкручені болти, які утримуватимуть вісь.

На малюнку вище показаний кронштейн, до якого буде кріпитися статор між двома роторами.

На фото вище показана шпилька з гайками та втулкою. Чотири такі шпильки забезпечують необхідний зазор між роторами. Замість втулки можна використовувати гайки більшого розміру або самому вирізати шайби з алюмінію.

Генератор. Остаточне складання

Невелике уточнення: малий повітряний зазор між зв'язкою ротор-статор-ротор (який задається шпилькою з втулкою), забезпечує більш високу потужність, що віддається, але зростає ризик пошкодження статора або ротора при перекосі осі, який може виникнути при сильному вітрі.

На лівому малюнку нижче показаний ротор з чотирма шпильками для забезпечення зазору і двома алюмінієвими пластинами (які надалі будуть прибрані).
На правому малюнку показаний зібраний та пофарбований у зелений колір статор, встановлений на місце.

Процес складання:
1. У плиті верхнього ротора просвердліть 4 отвори і наріжте в них різьблення для шпильки. Це потрібно для плавного опускання ротора на місце. Упріть 4 шпильки в алюмінієві пластини приклеєні раніше і встановіть на шпильки верхній ротор.
Ротори будуть притягуватися один до одного з дуже великою силою, тому і потрібне таке пристосування. Відразу вирівняйте ротори щодо один одного по поставлених раніше мітках на торцях.
2-4. По черзі обертаючи ключем шпильки, рівномірно опускайте ротор.
5. Після того, як ротор уперся у втулку (забезпечує зазор), викрутіть шпильки і приберіть алюмінієві пластини.
6. Встановіть хаб (ступицю) та прикрутіть його.

Генератор готовий!

Після встановлення шпильок (1) та фланця (2) ваш генератор повинен виглядати приблизно так (див. рис. вище)

Болти з нержавіючої сталі служать для забезпечення електричного контакту. На дроти зручно використовувати кільцеві наконечники.

Ковпачкові гайки та шайби служать для кріплення з'єднань. плати та опори лопатей до генератора. Отже, вітрогенератор повністю зібраний та готовий до тестів.

Для початку, найкраще рукою розкручувати вітряк та вимірювати параметри. Якщо всі три вихідні клеми закоротити між собою, вітряк повинен обертатися дуже туго. Це може бути використане для зупинки вітрогенератора для сервісного обслуговування або безпеки.

Вітрогенератор можна використовувати не лише для забезпечення будинку електрикою. Наприклад даний екземпляр, зроблений так, щоб статор виробляв велику напругу, яка потім використовується для нагрівання.
Розглянутий вище генератор видає 3-х фазне напруга з різною частотою (залежить від сили вітру), а наприклад у Росії використовується однофазна мережа 220-230В, з фіксованою частотою мережі 50 Гц. Це зовсім не означає, що цей генератор не підійде для живлення побутових приладів. Змінний струм з даного генератора може бути перетворений на постійний струм, з фіксованою напругою. А постійний струм може використовуватися для живлення світильників, нагрівання води, заряду акумуляторів, а може бути поставлений перетворювач для перетворення постійного струму в змінний. Але це вже виходить за межі цієї статті.

На малюнку вище проста схема мостового випрямляча, що складається з 6 діодів. Він перетворює змінний струм на постійний.

Місце встановлення вітрогенератора

Вітрогенератор, що описується тут, встановлений на 4-метровій опорі на краю гори. Трубний фланець, який встановлений знизу генератора забезпечує легку та швидку установку вітрогенератора – достатньо прикрутити 4 болти. Хоча для надійності краще приварити.

Зазвичай, горизонтальні вітрогенератори "люблять" коли вітер дме з одного напрямку, на відміну від вертикальних вітряків, де за рахунок флюгера, вони можуть повертатися і їм не важливо напрям вітру. Т.к. Цей вітряк встановлений на березі скелі, то вітер там створює турбулентні потоки з різних напрямків, що не дуже ефективно для даної конструкції.

Іншим фактором, який необхідно враховувати під час підбору місця розміщення, є сила вітру. Архів даних за силою вітру для вашої місцевості можна знайти в інтернеті, правда це буде приблизно, т.к. все залежить від місця.
Також, у виборі розташування установки вітрогенератора допоможе анемометр (прилад для вимірювання сили вітру).

Трохи про механіку вітрогенератора

Як відомо, вітер виникає через різницю температур поверхні землі. Коли вітер обертає турбіни вітрогенератора, він створює три сили: підйомну, гальмування та імпульсну. Підйомна сила зазвичай виникає над опуклою поверхнею і є наслідком різниці тиску. Сила гальмування вітру виникає за лопатями вітрогенератора, вона є небажаною і гальмує вітряк. Імпульсна сила виникає через вигнуту форму лопатей. Коли молекули повітря штовхають лопаті ззаду, їм нікуди потім подітися і вони збираються позаду них. У результаті вони штовхають лопаті у напрямку вітру. Чим більша підйомна та імпульсна сили і менша сила гальмування, тим швидше лопаті буде обертатися. Відповідно, обертається ротор, який створює магнітне поле на статорі. Внаслідок чого виробляється електрична енергія.

Завантажити схему розташування магнітів.

Росія щодо вітроенергетичних ресурсів займає подвійне становище. З одного боку, завдяки величезній загальній площі та розмаїттю рівнинних місцевостей вітру загалом багато, і він переважно рівний. З іншого боку – наші вітри переважно низькопотенційні, повільні, див. рис. З третьої, мало обжитих місцевостях вітри буйні. Виходячи з цього, завдання завести на господарстві вітрогенератор є цілком актуальним. Але, щоб вирішити - купувати досить дорогий пристрій, або зробити його своїми руками, потрібно добре подумати, який тип (а їх дуже багато) для якої мети вибрати.

Основні поняття

1. КИЕВ – коефіцієнт використання енергії вітру. У разі застосування для розрахунку механістичної моделі плоского вітру (див. далі) він дорівнює ККД ротора ветросилової установки (ЗСУ).
2. ККД – наскрізний ККД ЗСУ, від вітру, що набігає, до клем електрогенератора, або до кількості накачаної в бак води.
3. Мінімальна робоча швидкість вітру (МРС) – швидкість його, коли він вітряк починає давати струм у навантаження.
4. Максимально допустима швидкість вітру (МДС) – його швидкість, за якої вироблення енергії припиняється: автоматика або відключає генератор, або ставить ротор у флюгер, або складає його і ховає, або сам ротор зупиняється, або ЗСУ просто руйнується.
5. Стартова швидкість вітру (ССВ) – при такій швидкості ротор здатний провернутися без навантаження, розкрутитися і увійти в робочий режим, після чого можна включати генератор.
6. Негативна стартова швидкість (ОСС) – це означає, що ЗСУ (або ВЕУ – вітроенергетична установка, або ВЕА, вітроенергетичний агрегат) для запуску за будь-якої швидкості вітру вимагає обов'язкового розкручування від стороннього джерела енергії.
7. Стартовий (початковий) момент – здатність ротора, примусово загальмованого в потоці повітря, створювати крутний момент на валу.
8. Вітродвигун (ВД) – частина ЗСУ від ротора до валу генератора чи насоса, чи іншого споживача енергії.
9. Роторний вітрогенератор - ЗСУ, в якій енергія вітру перетворюється на момент обертання на валу відбору потужності за допомогою обертання ротора в потоці повітря.
10. Діапазон робочих швидкостей ротора – різниця між МДС та МРС під час роботи на номінальне навантаження.
11. Тихохідний вітряк - у ньому лінійна швидкість частин ротора в потоці значно не перевищує швидкість вітру або нижче її. Динамічний напір потоку безпосередньо перетворюється на тягу лопаті.
12. Швидкохідний вітряк – лінійна швидкість лопат істотно (до 20 і більше разів) вище швидкості вітру, і ротор утворює свою власну циркуляцію повітря. Цикл перетворення енергії потоку в складний тягу.

Примітки:

1. Тихохідні ЗСУ, як правило, мають КИЕВ нижче, ніж швидкохідні, але мають стартовий момент, достатній для розкручування генератора без відключення навантаження та нульову ССВ, тобто. абсолютно самозапускаються і застосовні при слабких вітрах.
2. Тихохідність та швидкохідність – поняття відносні. Побутовий вітряк на 300 об/хв може бути тихохідним, а потужні ЗСУ типу EuroWind, з яких набирають поля вітроелектростанцій, ВЕС (див. рис.) та ротори яких роблять близько 10 об/хв – швидкохідні, т.к. при такому їх діаметрі лінійна швидкість лопатей та їх аеродинаміка на більшій частині розмаху – цілком «літакові», див. далі.

Який потрібний генератор?

Електричний генератор для вітряка побутового призначення повинен виробляти електроенергію в широкому діапазоні швидкостей обертання та мати здатність самозапуску без автоматики та зовнішніх джерел живлення. У разі використання ЗСУ з ОСС (вітряки з розкруткою), які мають, як правило, високі КИЕВ та ККД, він повинен бути і оборотним, тобто. вміти працювати і як двигун. При потужностях до 5 кВт цій умові задовольняють електричні машини з постійними магнітами на основі ніобію (супермагнітами); на сталевих чи феритових магнітах можна розраховувати лише на 0,5-0,7 кВт.

Примітка: асинхронні генератори змінного струму або колекторні з ненамагніченим статором не годяться зовсім. При зменшенні сили вітру вони згаснуть задовго до того, як його швидкість впаде до МРС, і потім самі не запустяться.

Відмінне «серце» ЗСУ потужністю від 0,3 до 1-2 кВт виходить із автогенератора змінного струму з вбудованим випрямлячем; таких зараз більшість. По-перше, вони тримають вихідну напругу 11,6-14,7 В досить широкому діапазоні швидкостей без зовнішніх електронних стабілізаторів. По-друге, кремнієві вентилі відкриваються, коли напруга на обмотці досягне приблизно 1,4, а до цього генератор «не бачить» навантаження. Для цього генератор потрібно вже досить пристойно розкрутити.

У більшості випадків автогенератор можна безпосередньо, без зубчастої або ремінної передачі, з'єднати з валом швидкохідного ВД, підібравши оберти вибором кількості лопат, див. нижче. "Швидкоходки" мають малий або нульовий стартовий момент, але ротор і без відключення навантаження встигне достатньо розкрутитися, перш ніж вентилі відкриються і генератор дасть струм.

Вибір за вітром

Перш ніж вирішувати, як зробити вітрогенератор, визначимося з місцевою аерологією. У сіро-зелених(безвітряних) областях вітрової карти хоч якийсь толк буде лише від вітрильного вітродвигуна(І їх далі поговоримо). Якщо необхідно постійне енергопостачання, то доведеться додати бустер (випрямляч зі стабілізатором напруги), зарядний пристрій, потужну акумуляторну батарею, інвертор 12/24/36/48 постійки в 220/380 В 50 Гц змінного струму. Обійдеться таке господарство не менше $20.000, і зняти довготривалу потужність понад 3-4 кВт навряд чи вийде. Загалом, при непохитному прагненні альтернативної енергетики краще пошукати інше її джерело.

У жовто-зелених, слабовітряних місцях, при потребі в електриці до 2-3 кВт, самому можна взятися за тихохідний вертикальний вітрогенератор.. Їх розроблено немає числа, і є конструкції, за КИЕВ та ККД майже не поступаються «лопатеві» промислового виготовлення.

Якщо ж ВЕУ для дому передбачається купити, то краще орієнтуватися на вітряк із вітрильним ротором. Спорів і їх багато, і теоретично поки що все ясно, але працюють. У РФ «вітрили» випускають у Таганрозі на потужність 1-100 кВт.

У червоних, вітряних регіонах вибір залежить від потрібної потужності.У діапазоні 0,5-1,5 кВт виправдані саморобні вертикалки; 1,5-5 кВт – покупні вітрильники. «Вертикалка» теж може бути покупною, але обійдеться дорожче за ЗСУ горизонтальної схеми. І, нарешті, якщо потрібно вітряк потужністю 5 кВт і більше, то вибирати потрібно між горизонтальними покупними "лопатями" або "вітрильниками".

Примітка: багато виробників, особливо другого ешелону, пропонують комплекти деталей, з яких можна зібрати вітрогенератор потужністю до 10 кВт самостійно. Обійдеться такий набір на 20-50% дешевше від готового з установкою. Але перш покупки потрібно уважно вивчити аерологію передбачуваного місця встановлення, а потім за специфікаціями підібрати відповідні тип та модель.

Про безпеку

Деталі вітродвигуна побутового призначення в роботі можуть мати лінійну швидкість, що перевищує 120 і навіть 150 м/с, а шматочок будь-якого твердого матеріалу вагою 20 г, що летить зі швидкістю 100 м/с, при «вдалому» попаданні вбиває здорового чоловіка наповал. Сталева, або з жорсткого пластику, пластина товщиною 2 мм, що рухається зі швидкістю 20 м/с, розтинає його навпіл.

Крім того, більшість вітряків потужністю понад 100 Вт досить сильно шумлять. Багато хто породжує коливання тиску повітря наднизькою (менше 16 Гц) частоти – інфразвуки. Інфразвуки нечутні, але згубні здоров'ю, а поширюються дуже далеко.

Примітка: наприкінці 80-х у США був скандал – довелося закрити найбільшу на той момент у країні ВЕС. Індіанці з резервації за 200 км від поля її ЗСУ довели в суді, що різко почастішали у них після введення ЗЕЗ в експлуатацію розлади здоров'я обумовлені її інфразвуками.

Через зазначені вище причини встановлення ЗСУ допускається на відстані не менше 5 їх висот від найближчих житлових будівель. У дворах приватних домоволодінь можна встановлювати вітряки промислового виготовлення, сертифіковані відповідним чином. На дахах ставити ЗСУ взагалі не можна – при їх роботі навіть у малопотужних виникають знакозмінні механічні навантаження, здатні викликати резонанс будівельної конструкції та її руйнування.

Примітка: висотою ЗСУ вважається найвища точка диска, що омітається (для лопатевих роторів) або геомеричної фігури (для вертикальних ЗСУ з ротором на держаку). Якщо щогла ЗСУ або вісь ротора виступають вгору ще вище, висота вважається за їхньою топою - верхівкою.

Вітер, аеродинаміка, КИЕВ

Саморобний вітрогенератор підпорядковується тим самим законам природи, як і заводський, розрахований на комп'ютері. І саморобнику основи його роботи потрібно розуміти дуже добре – у його розпорядженні найчастіше немає дорогих суперсучасних матеріалів та технологічного обладнання. Аеродинаміка ж ЗСУ ох як непроста…

Вітер та КИЕВ

Для розрахунку серійних заводських ЗСУ використовується т. зв. плоскі механістичні моделі вітру. У її основі такі припущення:

• Швидкість та напрямок вітру постійні в межах ефективної поверхні ротора.
• Повітря – суцільне середовище.
• Ефективна поверхня ротора дорівнює площі, що омітається.
• Енергія повітряного потоку – суто кінетична.

За таких умов максимальну енергію одиниці об'єму повітря обчислюють за шкільною формулою, вважаючи густину повітря за нормальних умов 1,29 кг*куб. м. При швидкості вітру 10 м/с один куб повітря несе 65 Дж, і з одного квадрата ефективної поверхні ротора можна, при 100% ККД всієї ЗСУ, зняти 650 Вт. Це дуже спрощений підхід - всі знають, що вітер ідеально рівним не буває. Але це доводиться йти, щоб забезпечити повторюваність виробів – звичайне у техніці справа.

Плоскую модель не слід ігнорувати, вона дає чіткий мінімум доступної енергії вітру. Але повітря, по-перше, стискаємо, по-друге, дуже плинний (динамічна в'язкість всього 17,2 мкПа * с). Це означає, що потік може обтікати площу, що ометається, зменшуючи ефективну поверхню і КИЕВ, що найчастіше і спостерігається. Але в принципі можлива і зворотна ситуація: вітер стікається до ротора і площа ефективної поверхні тоді виявиться більше омітається, а КИЕВ - більше 1 щодо його для плоского вітру.

Наведемо два приклади. Перший - прогулянкова, досить важка, яхта може йти не тільки проти вітру, а й швидше за нього. Вітер мається на увазі зовнішній; вимпельний вітер все одно має бути швидшим, інакше як він судно потягне?

Другий – класика авіаційної історії. На випробуваннях МІГ-19 виявилося, що перехоплювач, який був на тонну важчий за фронтовий винищувач, за швидкістю розганяється швидше. З тими ж двигунами в тому ж планері.

Теоретики не знали, що і думати, і всерйоз засумнівалися у законі збереження енергії. Зрештою виявилося - справа в конусі обтічника РЛС, що виступає з повітрозабірника. Від його носка до обічайки виникало ущільнення повітря, яке ніби згрібало його зі сторін до компресорів двигунів. З тих пір ударні хвилі міцно увійшли в теорію як корисні, і фантастичні льотні дані сучасних літаків значною мірою зумовлені їхнім умілим використанням.

Аеродинаміка

Розвиток аеродинаміки прийнято ділити на дві епохи – до Н. Г. Жуковського та після. Його доповідь «Про приєднані вихори» від 15 листопада 1905 р. стала початком нової ери в авіації.

До Жуковського літали на поставлених плашмя вітрилах: вважалося, що частинки потоку, що набігає, віддають весь свій імпульс передній кромці крила. Це дозволяло відразу позбавитися векторної величини – моменту кількості руху – породжувала зубодробну і найчастіше неаналітичну математику, перейти до куди зручнішим скалярним суто енергетичним співвідношенням, і отримати в результаті розрахункове поле тиску на несучу площину, більш-менш схоже на сьогодення.

Такий механістичний підхід дозволив створити апарати, здатні сяк-так піднятися в повітря і здійснити переліт з одного місця в інше, не обов'язково впавши на землю десь по дорозі. Але прагнення збільшити швидкість, вантажопідйомність та інші льотні якості дедалі більше виявляло недосконалість початкової аеродинамічної теорії.

Ідея Жуковського була така: вздовж верхньої та нижньої поверхонь крила повітря проходить різний шлях. З умови безперервності середовища (бульбашки вакууму самі по собі в повітрі не утворюються) слід, що швидкості верхнього і нижнього потоків, що сходять із задньої кромки, повинні відрізнятися. Внаслідок нехай малої, але кінцевої в'язкості повітря там через різницю швидкостей має утворитися вихор.

Вихор обертається, а закон збереження кількості руху, настільки ж незаперечний, як закон збереження енергії, справедливий й у векторних величин, тобто. повинен враховувати напрям руху. Тому тут же, на задній кромці, повинен сформуватися вихор, що протилежно обертається, з таким же обертальним моментом. За рахунок чого? За рахунок енергії, що виробляється двигуном.

Для практики авіації це означало революцію: обравши відповідний профіль крила, можна було приєднаний вихор пустити навколо крила як циркуляції Р, що збільшує його підйомну силу. Тобто, витративши частину, а для великих швидкостей і навантажень на крило - більшу частину, потужності мотора, можна створити навколо апарату повітряний потік, що дозволяє досягти кращих льотних якостей.

Це робило авіацію авіацією, а не частиною повітроплавання: тепер літальний апарат міг сам створювати собі необхідне для польоту середовище і не бути іграшкою повітряних потоків. Потрібен тільки двигун потужніший, і ще й ще потужніший.

Знову КИЇВ

Але у вітряка двигуна немає. Він, навпаки, повинен відбирати енергію у вітру та давати її споживачам. І тут виходить – ноги витяг, хвіст ув'яз. Пустили надто мало енергії вітру на власну циркуляцію ротора – вона буде слабкою, тяга лопатей – малою, а КИЕВ та потужність – низькими. Віддамо на циркуляцію багато - ротор при слабкому вітрі буде на холостому ходу крутитися як скажений, але споживачам знову дістається мало: трохи дали навантаження, ротор загальмувався, вітер здув циркуляцію, і ротор став.

Закон збереження енергії «золоту середину» дає саме посередині: 50% енергії даємо в навантаження, а на інші 50% підкручуємо потік до оптимуму. Практика підтверджує припущення: якщо ККД хорошого пропелера, що тягне, становить 75-80%, то КИЕВ так само ретельно розрахованого і продутого в аеродинамічній трубі лопатевого ротора доходить до 38-40%, тобто. до половини від того, чого можна досягти при надлишку енергії.

Сучасність

Нині аеродинаміка, озброєна сучасною математикою та комп'ютерами, дедалі більше уникає неминуче щось та спрощують моделей до точного описи поведінки реального тіла на реальному потоці. І тут, крім генеральної лінії – потужність, потужність, та ще раз потужність! - Виявляються шляхи побічні, але багатообіцяючі якраз при обмеженій кількості енергії, що надходить в систему.

Відомий авіатор-альтернативник Пол Маккріді ще у 80-х створив літак, з двома моторчиками від бензопили потужністю 16 к.с. що показав 360 км/год. Причому шасі його було триопорним, а колеса - без обтічників. Жоден з апаратів Маккріді не вийшов на лінію і не став на бойове чергування, але два – один із поршневими моторами та пропелерами, а інший реактивний – уперше в історії облетіли навколо земної кулі без посадки на одній заправці.

Вітрильників, що породили початкове крило, розвиток теорії теж торкнувся дуже суттєво. "Жива" аеродинаміка дозволила яхтам при вітрі в 8 вузл. стати на підводні крила (див. рис.); щоб розігнати таку гігант до потрібної швидкості гребним гвинтом, потрібен двигун не менше 100 к.с. Гоночні катамарани при такому вітрі ходять зі швидкістю близько 30 вузл. (55 км/год).

Є й знахідки зовсім нетривіальні. Любителі рідкісного та екстемального спорту – бейсджампінгу – одягнувши апеціальний костюм-крило, вінгсьют, літають без мотора, маневруючи, на швидкості понад 200 км/год (рис. праворуч), а потім плавно приземляються у заздалегідь обраному місці. У якій казці люди літають самі собою?

Дозволено й багато загадок природи; зокрема – політ жука. За класичною аеродинамікою він літати не здатний. Так само, як і родоначальник «стелсов» F-117 з його крилом ромбоподібного профілю теж не здатний піднятися в повітря. А МІГ-29 та Су-27, які деякий час можуть летіти хвостом уперед, і зовсім ні в які уявлення не вкладаються.

І чому тоді, займаючись вітродвигунами, не забавою і знаряддям знищення собі подібних, а джерелом життєво важливого ресурсу, потрібно танцювати неодмінно від теорії слабких потоків з її моделлю плоского вітру? Невже не знайдеться можливості рушити далі?

Чого чекати від класики?

Однак від класики відмовлятися в жодному разі не слід. Вона дає основу, не спираючись на яку не можна піднятися вище. Точно так, як теорія множин не скасовує таблицю множення, а від квантової хромодинаміки яблука з дерев нагору не відлетять.

Отже, на що можна розраховувати за класичного підходу? Подивимося на малюнок. Зліва – типи роторів; вони зображені умовно. 1 – вертикальний карусельний; 2 – вертикальний ортогональний (вітряна турбіна); 2-5 - лопатеві ротори з різною кількістю лопатей з оптимізованими профілями.

Праворуч по горизонтальній осі відкладена відносна швидкість ротора, тобто відношення лінійної швидкості лопаті до швидкості вітру. По вертикальній догори – КИЕВ. А вниз - знову ж таки відносний крутний момент. Одиничним (100%) крутним моментом вважається такий, що створює насильно загальмований у потоці ротор зі 100% КИЕВ, тобто. коли вся енергія потоку перетворюється на зусилля, що обертає.

Такий підхід дозволяє робити далекосяжні висновки. Скажімо, кількість лопатей потрібно вибирати не тільки і не стільки за бажаною швидкістю обертання: 3- і 4-лопастники відразу багато втрачають по КИЕВ і обертальний момент порівняно з 2- і 6-лопастниками, що добре працюють приблизно в тому ж діапазоні скоростей. А зовні схожі карусель і ортогонал мають принципово різні властивості.

В цілому ж перевагу слід віддавати лопатевим роторам, крім випадків, коли потрібна гранична дешевизна, простота, самозапуск без автоматики, що не обслуговується, і неможливий підйом на щоглу.

Примітка: про вітрильні ротори поговоримо особливо - вони, схоже, в класику не вкладаються.

Вертикалки

ЗСУ з вертикальною віссю обертання мають незаперечну для побуту перевагу: їх вузли, які потребують обслуговування, зосереджені внизу і не потрібне підйом нагору. Там залишається, і то не завжди, упорно-опорний самовстановлюваний підшипник, але він міцний і довговічний. Тому, проектуючи простий вітрогенератор, вибір варіантів потрібно починати з вертикалок. Основні їх типи представлені на рис.

НД

На першій позиції – найпростіший, найчастіше званий ротором Савоніуса. Насправді його винайшли в 1924 р. в СРСР Я. А. і А. А. Вороніни, а фінський промисловець Сігурд Савоніус безсовісно привласнив собі винахід, проігнорувавши радянське авторське свідоцтво, і розпочав серійний випуск. Але впровадження у долі винаходу означає дуже багато, тому ми, щоб не ворушити минуле і не турбувати порох померлих, назвемо цей вітряк ротором Вороніних-Савоніуса, або для стислості, ВС.

ВС для самороба всім хороший, крім «паровозного» КИЕВ у 10-18%. Однак у СРСР над ним працювало багато, і напрацювання є. Нижче ми розглянемо вдосконалену конструкцію, не набагато складнішу, але по КИЕВ, що дає фору лопаткам.

Примітка: дволопатевий НД не крутиться, а смикається ривками; 4-лопатевий лише трохи плавніший, але багато втрачає в КИЕВ. Для покращення 4-«коритні» найчастіше розносять на два поверхи – пару лопатей унизу, а інша пара, повернена на 90 градусів по горизонталі, над ними. КИЕВ зберігається, і бічні навантаження на механіку слабшають, але згинальні дещо зростають, і за вітру понад 25 м/с у такої ЗСУ на держаку, тобто. без розтягнутого вантами підшипника над ротором, зриває вежу.

Дар'ї

Наступний – ротор Дар'ї; КИЇВ – до 20%. Він ще простіше: лопаті – з простої пружної стрічки без жодного профілю. Теорія ротора Дар'ї ще недостатньо розроблена. Зрозуміло тільки, що починає він розкручуватися за рахунок різниці аеродинамічного опору горба та кишені стрічки, а потім стає начебто швидкохідним, утворюючи власну циркуляцію.

Обертальний момент малий, а в стартових положеннях ротора паралельно і перпендикулярно вітру взагалі відсутня, тому саморозкручування можливе лише при непарній кількості лопатей (крил?) У будь-якому випадку на час розкручування навантаження від генератора потрібно відключати.

Є у ротора Дар'ї ще дві погані якості. По-перше, при обертанні вектор тяги лопаті описує повний оберт щодо її аеродинамічного фокусу, і не плавно, а ривками. Тому ротор Дар'ї швидко розбиває свою механіку навіть за рівного вітру.

По-друге, Дар'ї не те що галасує, а кричить і верещить, аж до того, що стрічка рветься. Відбувається це внаслідок її вібрації. І чим більше лопатей, тим сильніше ревіння. Так що Дар'ї якщо й роблять, то дволопатевими, з дорогих високоміцних звукопоглинаючих матеріалів (карбону, майлару), а для розкручування посередині щогли-древка пристосовують невеликий НД.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональний вертикальний ротор із профільованими лопатями. Ортогональний тому, що крила стирчать вертикально. Перехід від ВС до ортогоналу ілюструє рис. ліворуч.

Кут установки лопатей щодо дотичної до кола, що стосується аеродинамічних фокусів крил, може бути як позитивним (на рис.), так і негативним, за силою вітру. Іноді лопаті роблять поворотними і ставлять на них флюгерки, які автоматично тримають «альфу», але такі конструкції часто ламаються.

Центральне тіло (блакитне на рис.) дозволяє довести КИЕВ майже до 50%. У трилопатевому ортогоналі воно повинно в розрізі мати форму трикутника зі злегка опуклими сторонами і округленими кутами, а при більшій кількості лопатей досить простого циліндра. Але теорія для ортогоналу оптимальна кількість лопатей дає однозначно: їх має бути 3.

Ортогонал належить до швидкохідних вітряків з ОСС, тобто. обов'язково вимагає розкручування при введенні в експлуатацію та після штилю. За ортогональною схемою випускаються серійні ВСУ, що не обслуговуються, потужністю до 20 кВт.

Гелікоїд

Гелікоїдний ротор, або ротор Горлова (поз. 4) - різновид ортогоналу, що забезпечує рівномірне обертання; ортогонал з прямими крилами «рве» лише трохи слабше за дволопатевий ВС. Вигин лопатей по гелікоїді дозволяє уникнути втрат КИЕВ через їхню кривизну. Хоча частина потоку крива лопать і відкидає, не використовуючи, зате й загрібає частину в зону найбільшої лінійної швидкості, компенсуючи втрати. Гелікоїди використовують рідше за інші вітряки, т.к. вони внаслідок складності виготовлення виявляються дорожчими за рівних за якістю побратимів.

Бочка-загребушка

на 5 поз. - Ротор типу ВС, оточений направляючим апаратом; його схема представлена ​​на рис. праворуч. У промисловому виконанні трапляється рідко, т.к. дороге відведення землі не компенсує приросту потужності, а матеріаломісткість і складність виробництва великі. Але саморобник, який боїться роботи – вже не майстер, а споживач, і, якщо потрібно не більше 0,5-1,5 кВт, то для нього «бочка-загребушка» ласий шматок:

• Ротор такого типу абсолютно безпечний, безшумний, не створює вібрацій і може бути встановлений будь-де, хоч на дитячому майданчику.
• Зігнути «корита» з оцинковки та зварити каркас із труб – робота нісенітна.
• Обертання – абсолютно рівномірне, деталі механіки можна взяти найдешевші або з непотребу.
• Не боїться ураганів - надто сильний вітер не може проштовхнутися в бочку; навколо неї виникає обтічний вихровий кокон (ми з цим ефектом ще зіткнемося).
• А найголовніше - оскільки поверхня «загребушки» в кілька разів більша за такий ротора всередині, КИЕВ може бути і надпоодиноким, а обертальним моментом вже при 3 м/с у «бочки» триметрового діаметру такий, що генератору на 1 кВт з граничним навантаженням, як кажуть, краще і не смикатися.

Відео: вітрогенератор Ленца

У 60-х у СРСР Є. С. Бірюков запатентував карусельну ЗСУ з КИЕВ 46%. Трохи пізніше В. Блінов досяг від конструкції на тому ж принципі КИЕВ 58%, але даних про її випробування немає. А натурні випробування ЗСУ Бірюкова було проведено співробітниками журналу «Винахідник і раціоналізатор». Двоповерховий ротор діаметром 0,75 м та висотою 2 м при свіжому вітрі розкручував на повну потужність асинхронний генератор 1,2 кВт та витримував без поломки 30 м/с. Креслення ВСУ Бірюкова наведено на рис.

1. ротор з покрівельної оцинковки;
2. самовстановлюваний дворядний кульковий підшипник;
3. ванти - 5 мм сталевий трос;
4. вісь-древко - сталева труба з товщиною стінок 1,5-2,5 мм;
5. важелі аеродинамічного регулятора обертів;
6. лопаті регулятора оборотів - 3-4 мм фанера або листовий пластик;
7. тяги регулятора оборотів;
8. вантаж регулятора оборотів, його вага визначає частоту обертання;
9. ведучий шків - велосипедне колесо без шини з камерою;
10. підп'ятник - упорно-опорний підшипник;
11. ведений шків - штатний шків генератора;
12. генератор.

Бірюков на свою ЗСУ отримав одразу кілька авторських свідоцтв. По-перше, зверніть увагу на розріз ротора. При розгоні він працює подібно до НД, створюючи великий стартовий момент. У міру розкручування у зовнішніх кишенях лопатей створюється вихрова подушка. З погляду вітру, лопаті стають профільованими, і ротор перетворюється на швидкохідний ортогонал, причому віртуальний профіль змінюється відповідно до сили вітру.

По-друге, профільований канал між лопатями у робочому діапазоні швидкостей працює як центральне тіло. Якщо ж вітер посилюється, то в ньому створюється вихрова подушка, що виходить за межі ротора. Виникає такий самий вихровий кокон, як навколо ЗСУ з направляючим апаратом. Енергія на його створення береться від вітру, тому на поломку вітряка її вже не вистачає.

По-третє, регулятор обертів призначений насамперед для турбіни. Він тримає її оберти оптимальними з погляду КИЕВ. Оптимум частоти обертання генератора забезпечується вибором передавального відношення механіки.

Примітка: після публікацій в ІР за 1965 р. ЗСУ Бірюкова канула в небуття. Відповіді від інстанцій автор так і не дочекався. Доля багатьох радянських винаходів. Кажуть, якийсь японець став мільярдером, регулярно читаючи радянські популярно-технічні журнали і патентуючи у себе все, що заслуговує на увагу.

Лопатники

Як у сказано, за класикою горизонтальний вітрогенератор із лопатевим ротором – найкращий. Але, по-перше, йому потрібен стабільний хоч би середньої сили вітер. По-друге, конструкція для самороба таїть у собі чимало підводних каменів, через що нерідко плід довгих завзятих праць у кращому разі висвітлює туалет, передпокій або ганок, а то й виявляється здатний лише розкрутити самого себе.

За схемами на рис. розглянемо докладніше; позиції:

• Фіг. А:

1. лопаті ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. захисний флюгер (ураганна лопата);
5. струмознімач;
6. шасі;
7. поворотний вузол;
8. робочий флюгер;
9. щогла;
10. хомут під ванти.

• Фіг. Б, вид зверху:

1. захисний флюгер;
2. робочий флюгер;
3. регулятор натягу пружини захисного флюгера.

• Фіг. Г, струмознімач:

1. колектор із мідними нерозрізними кільцевими шинами;
2. пружні міднографітові щітки.

Примітка: ураганний захист для горизонтального лопатника діаметром понад 1 м абсолютно необхідний, т.к. створити навколо себе вихровий кокон він не здатний. При менших розмірах можна досягти витривалості ротора до 30 м/с з лопатями з пропілену.

Отже, де на нас чекають «спотики»?

Лопаті

Розраховувати досягти потужності на валу генератора понад 150-200 Вт на лопатях будь-якого розмаху, вирізаних з товстостінної пластикової труби, як часто радять – надії безпросвітного дилетанта. Лопата з труби (якщо вона не настільки товста, що використовується просто як заготівля) матиме сегментний профіль, тобто. його верхня або обидві поверхні будуть дугами кола.

Сегментні профілі придатні для середовища, що не стискається, скажімо, для підводних крил або лопатей гребного гвинта. Для газів же потрібна лопать змінного профілю та кроку, наприклад див. рис.; розмах – 2 м. Це буде складний і трудомісткий виріб, що вимагає кропіткого розрахунку у всеозброєнні теорії, продувок у трубі та натурних випробувань.

Генератор

При насадці ротора прямо на його вал штатний підшипник швидко розіб'ється - однакового навантаження на всі лопаті у вітряках не буває. Потрібен проміжний вал із спеціальним опорним підшипником та механічна передача від нього на генератор. Для великих вітряків опорний підшипник беруть дворядний самовстановлюваний; у найкращих моделях – триярусний, Фіг. Д на рис. вище. Такий дозволяє валу ротора не тільки злегка згинатися, а й трохи зміщуватися з боку в бік або вгору-вниз.

Примітка: На розробку опорного підшипника для ЗСУ типу EuroWind пішло близько 30 років.

Аварійний флюгер

Принцип його показує Фіг. В. Вітер, посилюючись, тисне на лопату, пружина розтягується, ротор перекошується, обороти його падають і врешті-решт він стає паралельним потоку. Начебто все добре, але – гладко було на папері…

Спробуйте у вітряний день утримати за ручку паралельно вітру кришку від виварювання чи великої каструлі. Тільки обережно - вертлява залізяка може саданути по фізіономії так, що розквасить ніс, розсіче губу, а то й виб'є око.

Плоский вітер буває лише в теоретичних викладках і з достатньою для практики точністю в аеродинамічних трубах. Реально ж ураган вітряки з ураганною лопатою корежить більше, ніж беззахисні. Краще все-таки міняти зіпсовані лопаті, ніж робити знову все. У промислових установках – інша річ. Там крок лопатей, по кожній окремо, відстежує та регулює автоматика під керуванням бортового комп'ютера. І робляться вони із надміцних композитів, а не з водопровідних труб.

Струмознімач

Це – вузол, що регулярно обслуговується. Будь-який енергетик знає, що колектор із щітками потрібно чистити, змащувати, регулювати. А щогла – з водопровідної труби. Не залізеш, раз на місяць-два доведеться весь вітряк валити на землю і потім знову піднімати. Скільки він протягне від такої "профілактики"?

Відео: лопатевий вітрогенератор + сонячна панель для електропостачання дачі

Міні та мікро

Але із зменшенням розмірів лопатника проблеми падають по квадрату діаметра колеса. Виготовлення горизонтальної лопатевої ЗСУ своїми силами на потужність до 100 Вт вже можливе. Оптимальним буде 6-лопатевий. При більшій кількості лопат діаметр ротора, розрахованого на ту ж потужність, буде менше, але їх виявиться важко міцно закріпити на маточині. Ротори про менш ніж 6 лопатях можна не мати на увазі: 2-лопатникові на 100 Вт потрібен ротор діаметром 6,34 м, а 4-лопатникові тієї ж потужності - 4,5 м. Для 6-лопаткового залежність потужність - діаметр виражається наступним чином :

• 10 Вт - 1,16 м.
• 20 Вт - 1,64 м.
• 30 Вт - 2 м.
• 40 Вт - 2,32 м.
• 50 Вт - 2,6 м.
• 60 Вт - 2,84 м.
• 70 Вт - 3,08 м.
• 80 Вт - 3,28 м.
• 90 Вт – 3,48 м-коду.
• 100 Вт – 3,68 м-коду.
• 300 Вт - 6,34 м.

Оптимальним буде розраховувати на потужність 10-20 Вт. По-перше, лопать із пластику розмахом понад 0,8 м без додаткових заходів захисту не витримає вітер понад 20 м/с. По-друге, при розмаху лопаті до тих же 0,8 м лінійна швидкість її кінців не перевищить швидкість вітру більш ніж утричі, і вимоги до профілювання з круткою знижуються на порядки; тут вже цілком задовільно працюватиме «корытце» із сегментним профілем із труби, поз. Б на рис. А 10-20 Вт забезпечать живлення планшетки, підзарядку смартфона або засвітять лампочку-економку.

Далі вибираємо генератор. Відмінно підійде китайський моторчик - маточина колеса для електровелосипедів, поз. 1 на рис. Його потужність як двигуна – 200-300 Вт, але в режимі генератора він дасть приблизно до 100 Вт. Але чи підійде він нам за оборотами?

Показник швидкохідності z для 6 лопатей дорівнює 3. Формула розрахунку швидкості обертання під навантаженням – N = v/l*z*60, де N – частота обертання, 1/хв, v – швидкість вітру, а l – довжина кола ротора. При розмаху лопаті 0,8 м та вітрі 5 м/с отримуємо 72 об/хв; при 20 м/с – 288 об/хв. Приблизно з такою ж швидкістю обертається велосипедне колесо, так що свої 10-20 Вт від генератора, здатного дати 100, ми вже знімемо. Можна садити ротор прямо на його вал.

Але тут виникає така проблема: ми, витративши чимало праці та грошей, хоч би на моторчик, отримали… іграшку! Що таке 10-20, ну, 50 Вт? А лопатевий вітряк, здатний запитати хоча б телевізор, удома не зробиш. Чи не можна купити готовий міні-вітрогенератор, і чи не обійдеться він дешевше? Ще як можна, і ще як дешевше, див. 4 та 5. Крім того, він буде ще й мобільним. Поставив на пеньок – і користуйся.

Другий варіант – якщо десь валяється кроковий двигун від старого 5- чи 8-дюймового дисководу, або від приводу паперу чи каретки непридатного струминного чи матричного принтера. Він може працювати як генератор і приробити до нього карусельний ротор з консервних банок (поз. 6) простіше, ніж збирати конструкцію на кшталт показаної на поз. 3.

Загалом щодо «лопатників» висновок однозначний: саморобні – скоріше для того, щоб помайструвати досхочу, але не для реальної довготривалої енерговіддачі.

Відео: найпростіший вітрогенератор для освітлення дачі

Вітрильники

Вітрильний вітрогенератор відомий давно, але м'які полотнища його лопатей почали робити з появою високоміцних зносостійких синтетичних тканин і плівок. Багатолопатеві вітряки з жорсткими вітрилами широко розійшлися по світу як привід малопотужних автоматичних водокачок, але їх техдані нижче навіть у каруселів.

Однак м'яке вітрило як крило вітряка, схоже, виявилося не так простим. Справа не у вітростійкості (виробники не обмежують максимально допустиму швидкість вітру): яхсменам-парусникам і так відомо, що вітру розірвати полотнище бермудського вітрила практично неможливо. Швидше шкот вирве, або щоглу зламає, або весь посуд зробить поворот оберкіль. Справа в енергетиці.

На жаль, точних даних випробувань не вдається знайти. За відгуками користувачів вдалося скласти «синтетичні» залежності для встановлення ВЕУ-4.380/220.50 таганрозького виробництва з діаметром вітроколеса 5 м, масою вітроголовки 160 кг та частотою обертання до 40 1/хв; вони представлені на рис.

Зрозуміло, гарантій за 100% достовірність бути не може, але і так видно, що плоско-механістичної моделлю тут і не пахне. Не може 5-метрове колесо на плоскому вітрі в 3 м/с дати близько 1 кВт, при 7 м/с вийти на плато за потужністю і далі тримати її до жорстокого шторму. Виробники, до речі, заявляють, що номінальні 4 кВт можна отримати і за 3 м/с, але при встановленні їх силами за результатами досліджень місцевої аерології.

Кількісної теорії також не виявляється; пояснення розробників малозрозумілі. Однак, оскільки таганрозькі ВЕУ народ купує, і вони працюють, залишається припустити, що заявлена ​​конічна циркуляція та пропульсивний ефект – не фікція. Принаймні можливі.

Тоді, виходить, ПЕРЕД ротором, за законом збереження імпульсу, повинен виникнути також конічний вихор, але повільний, що розширюється. І така вирва зганятиме вітер до ротора, його ефективна поверхня вийде більше омітається, а КИЕВ – надпоодиноким.

Пролити світло це питання могли б натурні вимірювання поля тиску перед ротором, хоча б побутовим анероїдом. Якщо воно виявиться вищим, ніж із боків осторонь, то, дійсно, вітрильні ЗСУ працюють, як жук літає.

Саморобний генератор

Зі сказаного вище ясно, що саморобам краще братися або за вертикалки, або за вітрильники. Але ті та інші дуже повільні, а передача на швидкохідний генератор – зайва робота, зайві витрати та втрати. Чи можна зробити найефективніший тихохідний електрогенератор самому?

Так, можна, на магнітах з ніобієвого металу, т. зв. супермагніти. Процес виготовлення основних деталей показано на рис. Котушки – кожна з 55 витків мідного 1 мм дроту у термостійкій високоміцній емалевій ізоляції, ПЕММ, ПЕТВ тощо. Висота обмоток – 9 мм.

Зверніть увагу на пази під шпонки половини ротора. Вони повинні бути розташовані так, щоб магніти (вони приклеюються до магнітопроводу епоксидкою або акрилом) після збирання зійшлися різними полюсами. «Млинці» (магнітопроводи) повинні бути виготовлені з магнітом'якого феромагнетика; підійде звичайна конструкційна сталь. Товщина «млинців» – не менше 6 мм.

Взагалі краще купити магніти з осьовим отвором і притягнути їх гвинтами; супермагніти притягуються зі страшною силою. З цієї ж причини на вал між «млинцями» одягається циліндрична проставка заввишки 12 мм.

Обмотки, що становлять секції статора, з'єднуються за схемами, також наведеними на рис. Спаяні кінці не повинні бути натягнуті, але повинні утворювати петлі, інакше епоксидка, якою залитиме статор, застигаючи, може порвати дроти.

Заливають статор у виливниці до товщини 10 мм. Центрувати та балансувати не потрібно, статор не обертається. Зазор між ротором та статором – по 1 мм з кожного боку. Статор у корпусі генератора потрібно надійно зафіксувати не тільки від зміщення по осі, а й від провертання; сильне магнітне поле при струмі в навантаженні тягне його за собою.

Відео: генератор для вітряка своїми руками

Висновок

І що ж ми маємо насамкінець? Інтерес до «лопатників» пояснюється скоріше їх ефектним зовнішнім виглядом, ніж дійсними експлуатаційними якостями у саморобному виконанні та на малих потужностях. Саморобна карусельна ЗСУ дасть "чергову" потужність для зарядки автоакумулятора або енергопостачання невеликого будинку.

А ось із вітрильними ЗСУ варто поекспериментувати майстрам із творчою жилкою, особливо у міні-виконанні, з колесом 1-2 м діаметром. Якщо припущення розробників вірні, то з такого можна буде зняти, за допомогою описаного вище китайського двигуна-генератора, його 200-300 Вт.

Вітрило це не звичайна ганчірка. Дакрон служить на спортивних яхтах близько 5 років і змінюється тільки через "збільшення пузатості" його ще для прогулянок на яхті можна використовувати необмежений термін.

Мені незрозуміло, чому на відео “Вітряк+сонячна панель” день сонячний та вітряний, а контролер показує мало, адже на вітряку навіть спрацьовує захист.

так, не сперечаюся дорого. Якось і ціни були не як зараз. Магніти брав 2 роки тому. тоді 1 коштував 300-400 рублів і знижку надали. Зараз би теж робив би з генератора якогось. Проте обороти потрібні. Щоб той гена видав 100 ампер треба 1300-1500 оборотів, а так…. У мене вдома акумулятор 190а/год. при вітрі 3 метри на сек. не зарядить. Гену треба перемотати.

Я собі зробив, та ось вітер зник, їсти – нема.
Як робив гену. 30 котушок по 35 витків провід 1.02 в 4 проводи крутилося висотою 2 см. приблизно спаяв, залив епоксидкою, в котушки в отвори запресував феритовий порошок зі стружкою чавуну 1 до 1.
магніти 50-30-10. довжина ширина висота. магніт накриває котушку повністю приблизно. диск з магнітами 48 см. Залипання є, якщо плече довге від метра стикається пальцем. магнітів 20.
Видає такий ген 600 ват приблизно за 3 обороти в сек. на 20 вольтах 30 ампер

Дякую за вашу безкоштовну консультацію ... А ціни "від фірм" не реально дорогі, і я думаю, що майстрові люди з глибинки зможуть зробити генератори подібні до вашого. синусом). А вітрила, лопаті або ротори - це черговий привід для польоту думки наших рукастих Російських мужиків.

питання:
Для вітряків з вертикальною віссю (позиція 1) і варіанта "Ленця" можна додати додаткову деталь - крильчатку, що виставляється за вітром, і закриває від нього ж непотрібну сторону (що йде в бік вітру). Тобто вітер не лопатиме гальмувати, а цей “екран”. Постановка за вітром "хвістом", що знаходиться за самим вітряком нижче і вище лопатей (гребенів). Читав статтю та народилася ідея.

Натискаючи кнопку «Додати коментар», я погоджуюсь із сайту.

Вітряні електрогенератори продовжують набирати своєї популярності. Ними найчастіше цікавляться люди, які проживають у сільській місцевості та мають можливість встановлювати на своїх ділянках такі значні конструкції. Але з огляду на високу вартість даного обладнання дозволити собі його покупку може далеко не кожен. Давайте подивимося, як зробити вітрогенератор своїми руками та заощадити гроші на створенні власного альтернативного джерела електричної енергії.

Вітрогенератор – джерело електроенергії

Тарифи на комунальні послуги піднімаються щонайменше один раз на рік. А якщо придивитися, то деякі роки та ж електроенергія піднімається в ціні два рази – цифри в платіжних документах зростають як гриби після дощу. Звісно, ​​це ударяє по кишені споживача, доходи якого показують настільки стійкого зростання. А реальні доходи, як свідчить статистика, показують тенденцію до падіння.

Ще нещодавно боротися зі зростанням тарифів на електроенергію можна було одним простим, але незаконним способом – за допомогою неодимового магніту. Цей виріб прикладався до корпусу витратоміра, внаслідок чого той зупинявся.Але користуватися даною методикою ми настійно не рекомендуємо – це небезпечно, незаконно, а штраф під час упіймання буде таким, що мало не здасться.

Схема була просто чудова, але згодом вона перестала працювати з таких причин:

Контрольні обходи, що почастішали, стали масово виявляти недобросовісних господарів.

• Почастішали контрольні обходи – будинками ходять представники контролюючих органів;
• На лічильники стали наклеюватися спеціальні стікери – під впливом магнітного поля вони темніють, викриваючи порушника;
• Лічильники стали несприйнятливими до магнітного поля – тут встановлюються електронні облікові вузли.

Тому люди стали приділяти увагу альтернативним джерелам електроенергії, наприклад вітрогенераторам.

Ще один спосіб викрити порушника, який краде електроенергію – провести експертизу рівня намагніченості лічильника, яка легко виявляє факти розкрадання.

Вітряки для дому стають звичним явищем у районах, де часто дмуть вітри. Вітровий електрогенератор використовує для вироблення електроенергії енергію вітрових потоків повітря. Для цього вони оснащуються лопатями, які рухають ротори генераторів. Отримана електроенергія перетворюється на постійний струм, після чого передається споживачам або запасається в акумуляторних батареях.

Вітрогенератори для приватного будинку, як саморобні, так і заводського складання, можуть бути основними або допоміжними джерелами електроенергії. Ось типовий приклад роботи допоміжного джерела – він гріє воду в бойлері або живить низьковольтні домашні світильники, тоді як решта побутової техніки працює від основної електромережі. Також можлива робота як основного джерела електрики у будинках, які не підключені до електричних мереж. Тут вони живлять:

• Люстри та світильники;
• Велику побутову техніку;
• Опалювальні прилади та багато іншого.

Відповідно, для того, щоб обігрівати своє житло, необхідно зробити або придбати вітряну електростанцію на 10 кВт – цього має вистачити на всі потреби.

Вітрова електростанція може живити як традиційні електроприлади, так і низьковольтні – вони працюють від 12 до 24 вольт. Вітряний генератор на 220 В виконується за схемою із застосуванням інверторних перетворювачів із накопиченням електроенергії в акумуляторах. Вітрогенератори на 12, 24 або 36 В простіше влаштовані - тут застосовуються простіші контролери заряду батарей зі стабілізаторами.

Саморобний вітрогенератор для дому та його особливості

Перш ніж ми розповімо, як зробити вітряк для отримання електрики, поговоримо про те, чому не можна скористатися заводською моделлю. Заводські вітрогенератори справді ефективніше своїх саморобних аналогів. Все, що можна зробити на виробництві, буде надійніше за те, що можна зробити в кустарних умовах.Це правило працює і щодо вітрогенераторів.

Самостійне виготовлення вітрогенератора вигідне своєю дешевизною. Заводські зразки потужністю від 3 кВт до 5 кВт коштуватимуть 150-220 тис. рублів, залежно від виробника. Така висока ціна і пояснює недоступність магазинних моделей для більшості споживачів, адже вона впливає і на термін окупності - в деяких випадках він досягає 10-12 років, хоча деякі моделі відбивають себе набагато раніше.

Заводські вітряні електростанції для будинку більш надійні та рідше ламаються. Проте кожна поломка може призвести до гігантських витрат на запасні вузли. Що стосується саморобок, то їх легко відремонтувати самостійно, оскільки вони збираються з підручних матеріалів. Цим і виправдовується далеко не найдосконаліша конструкція.

Так, зробити вітрогенератор на 30 кВт своїми руками буде дуже складно, але будь-яка людина, яка вміє працювати з інструментами, зможе зібрати маленький вітряк невеликої потужності та забезпечити себе необхідною кількістю електроенергії.

Схема саморобного вітрогенератора – основні вузли.

Зробити саморобний вітрогенератор у домашніх умовах порівняно легко. Нижче ви можете побачити просте креслення, що пояснює розташування окремих вузлів. Відповідно до цього креслення, нам необхідно зробити або підготувати такі вузли:

Схема саморобного вітряка.

• Лопаті – вони можуть бути виготовлені з різних матеріалів;
• Генератор для вітрогенератора – можна придбати готовий чи зробити самостійно;
• Хвостова частина - направляє лопаті у напрямку вітру, дозволяючи досягти максимального ККД;
• Мультиплікатор – підвищує оберти обертання валу (ротора) генератора;
• Кріпильна щогла - на ній утримуватимуться всі вищезгадані вузли;
• Натяжні троси – утримують всю конструкцію та не дають впасти від поривів вітру;
• Контролер заряду, акумулятори та інвертор – забезпечують перетворення, стабілізацію та накопичення отриманої електроенергії.

Ми спробуємо зробити з вами звичайний роторний вітрогенератор.

Покрокова інструкція зі збирання вітрогенератора

Зробити вітряк із пластикових пляшок зможе навіть дитина. Він весело обертатиметься під подихом вітру, видаючи шум. Існує величезна кількість різних схем будівництва таких вітряків, в яких вісь обертання може розташовуватися як вертикально, так і горизонтально. Електрики такі штуки не дають, зате чудово розганяють кротів на присадибних ділянках, які шкодять рослинам і всюди риють норки.

Саморобний вітрогенератор для будинку чимось схожий на такий ось пляшковий вітряк. Тільки розмірами він більший, та й конструкцією серйознішою. Але якщо приробити до такого вітрячка невеликий моторчик, то він зможе стати джерелом електроенергії і навіть запитати якусь електричну штуку, наприклад, світлодіод – на більшу його потужність не вистачить. Глянувши на схему такої "іграшки", ви зможете зрозуміти, як зробити повноцінний вітрогенератор.

Робимо генератор для вітряка

Для того, щоб зібрати вітряну електростанцію, нам знадобиться генератор, причому з самостійним збудженням. Іншими словами, в його конструкції повинні бути магніти, що наводять електроенергію в обмотках. Саме так улаштовані деякі електродвигуни, наприклад, у шуруповертах. Але зробити пристойний вітрогенератор із шуруповерта не вийде – потужність буде просто смішною, вистачить максимум на роботу невеликої світлодіодної лампи.

Зробити вітряну електростанцію з автогенератора теж не вийде - тут використовується обмотка збудження, що живиться від акумулятора, тому він не підходить. З побутового вентилятора в нас вийде зробити хіба що ляк для птахів, що атакують город.Тому потрібно пошукати нормальний самозбуджувальний генератор потрібної потужності. А ще краще витратитись і придбати покупну модель.

Генератор дійсно вигідніше купити, ніж зробити – ККД заводського зразка буде вищим, ніж у саморобки.

Давайте подивимося, як зробити генератор для нашого вітряка своїми руками.

Його максимальна потужність складає 3-3,5 квт. Для цього нам знадобляться:

• Статор - він виготовляється з двох шматків листового металу, розкроєних у формі кіл діаметром 500 мм. На кожне коло по краю (трохи відступивши від краю) наклеюються 12 неодимових магнітів діаметром 50 мм. Їхні полюси повинні чергуватись. Аналогічним чином готуємо друге коло, але тільки полюси тут повинні розташовуватися зі зсувом;
• Ротор - він є конструкцією з 9 котушок, намотаних мідним проводом діаметром 3 мм в лаковій ізоляції. У кожній котушці робимо по 70 витків, хоча у деяких джерелах рекомендується робити по 90 витків. Для розміщення котушок необхідно зробити основу із немагнітного матеріалу;
• Ось – її потрібно зробити точно по центру ротора. Причому биття не повинно бути, конструкцію потрібно ретельно відцентрувати, інакше її швидко розіб'є вітром.

Розміщуємо статори та ротор – сам ротор обертається між статорами. Між цими елементами витримується відстань 2 мм. Всі обмотки ми з'єднуємо за наведеною нижче схемою, щоб у нас вийшло однофазне джерело змінного струму.

Виготовляємо лопаті

У цьому огляді ми робимо досить потужний вітрогенератор - його потужність складе до 3-3,5 кВт за сильного вітру або до 1,5 або 2 кВт за вітру середньої сили. Причому він буде досить безшумним, на відміну від генераторів на електродвигунах. Далі потрібно подумати про розташування лопатей. Ми з вами задумали зробити простий трилопатевий горизонтальний вітрогенератор.Можна було б подумати і над вертикальним вітрогенератором, але в цьому випадку коефіцієнт використання енергії вітру буде нижчим – у середньому 0,3.

Якщо зробити вертикальний вітрогенератор, то він матиме лише одну перевагу – він зможе працювати за будь-якого напрямку вітру.

У домашніх умовах найпростіше зробити прості лопаті. Для їх виготовлення можна використовувати різні матеріали:

• Дерево – правда, згодом воно може потріскатися та розсохнутись;
• Поліпропілен – цей вид пластику підходить для малопотужних генераторів;
• Метал – надійний та довговічний матеріал, з якого можна зробити лопаті будь-якого розміру (добре підходить дюралюміній, що використовується в авіації).

Прикинути діаметр лопатей допоможе невелика таблиця. Уточніть зразкову швидкість вітру у вашій місцевій та дізнайтеся, якого діаметру потрібно зробити лопаті для вітрогенератора.

Зробити лопаті для вітрогенератора не так вже й складно. Набагато складніше зробити так, щоб вся наша конструкція вийшла збалансованою - інакше її швидко розіб'ють сильні пориви вітру. Балансування виконується шляхом корекції довжини лопатей. Після цього поєднуємо лопаті з ротором нашого вітрогенератора та встановлюємо конструкцію на монтажному майданчику, до якої кріпиться хвостова частина.

Запуск та перевірка

Найголовніше надалі – вибрати правильне місце для встановлення щогли. Вона повинна розташовуватися вертикально. Генератор з лопатями розміщується якомога вище, де вітер сильніший. Простежте, щоб поруч не було лісопосадок, дерев, будинків, що окремо стоять, і великих споруд, що загороджують повітряні потоки – за наявності будь-яких перешкод розмістіть вітрогенератор на віддаленні від них.

Як тільки вітрогенератор почне рухатися, необхідно зробити наступне – підключити до відведення генератора мультиметр і перевірити наявність напруги. Тепер система готова до повноцінної експлуатації, залишається лише визначитися, яка напруга подаватиметься до будинку і як це відбуватиметься.

Підключення споживачів

У нас уже вдалося зробити малошумний вітряк, причому досить потужний. Настав час підключити до нього електроніку. Збираючи вітрогенератори своїми руками на 220В, потрібно подбати про придбання інверторних перетворювачів. ККД даних приладів досягає 99%, тому втрати на перетворенні постійного струму, що подається, в змінний струм з напругою 220 Вольт будуть мінімальними. Разом у системі будуть три додаткові вузли:

• Блок акумуляторів - накопичує надлишки генерованої електроенергії про запас. Ці надлишки використовуються для харчування споживачів у періоди безвітря або у моменти, коли він дме дуже слабко;

Ще недавно вітрогенератори вважалися рідкістю, зате сьогодні ця сфера стрімко розвивається, а досвід створення вітряків для отримання електроенергії отримали багато. Такі пристрої можна використовувати в різних сферах - для водопостачання, електрифікації приватних будинків, роботи сільськогосподарських агрегатів (наприклад, дробарок) або нагрівання води з метою обігріву житла.

У промислових моделей маса переваг, крім вартості. Тому сьогодні ми з'ясуємо, як зробити вітрогенератор своїми руками та які матеріали/інструменти для цього знадобляться.

Конструктивні особливості та механіка вітряного генератора

Принцип дії вітрогенератора полягає у перетворенні кінетичної енергії на електроенергію. Пристрій складається з низки системних елементів, кожен з яких має свою функцію. Спробуємо розібратися з цим.

Зверніть увагу! Вітрогенератори можуть бути роторними (вертикальними) та класичними (горизонтальними). У других вищий ККД, тому їх і роблять частіше за інших.

Варто зауважити, що вертикальні вітряки потрібно повертати до вітру, адже працювати при бічному потоці вони просто нездатні. У горизонтальних генераторів є й інші переваги. Ознайомимося із ними.

1. Турбіни роторних пристроїв "ловитимуть" вітер незалежно від того, з якого боку він дме. Що дуже зручно у разі нестабільного/змінного вітру у регіоні.
2. Спорудити горизонтальний вітряк набагато простіше, ніж горизонтальний.
3. Конструкція може розташовуватися безпосередньо на землі, але за умови, що там вітру достатньо.

Що ж до недоліків, то у горизонтального вітрогенератора він лише один – досить низький коефіцієнт корисної дії.

Розраховуємо потужність майбутнього вітрогенератора

Спочатку слід з'ясувати, яку потужність повинен мати вітрогенератор своїми руками, які функції та навантаження, з якими йому доведеться зіткнутися. Як правило, альтернативні джерела електрики застосовуються як допоміжні, тобто, призначені для допомоги основному електропостачання. Отже, якщо потужність системи становить навіть від 500 Вт, це вже цілком добре.

Зверніть увагу! Щоб опалити приватний будинок, що має середні розміри, вам знадобиться близько двох-трьох кіловат.

Разом з тим, підсумкова потужність вітрогенератора залежить від інших факторів, серед яких:

• швидкість вітру;
• число лопатей.

Щоб з'ясувати відповідне співвідношення для пристроїв горизонтального типу, рекомендуємо ознайомитися з наведеною нижче таблицею. Цифри в ній на перетині - це необхідна потужність (вказана у ВАТ).

Таблиця. Розрахунок необхідної потужності для горизонтальних генераторів вітряних.

1м	3	8	15	27	42	63	90	122	143
2м	13	31	63	107	168	250	357	490	650
3м	30	71	137	236	376	564	804	1102	1467
4м	53	128	245	423	672	1000	1423	1960	2600
5м	83	166	383	662	1050	1570	2233	3063	4076
6м	120	283	551	953	1513	2258	3215	4410	5866
7м	162	384	750	1300	2060	3070	4310	6000	8000
8м	212	502	980	1693	2689	4014	5715	7840	10435
9м	268	653	1240	2140	3403	5080	7230	9923	13207

Наприклад, якщо у вашому регіоні швидкість вітру переважно становить від 5 до 8 метрів за секунду, а необхідна потужність вітрогенератора дорівнює 1,5-2 кіловатам, то діаметр конструкції повинен відповідати приблизно 6 метрам і більше.

Якими мають бути лопаті?

Форма лопат може бути:

• вітрильною;
• крильчастої.

Що стосується лопат парусного типу, то є плоскими, а тому і менш ефективними. Аеродинаміки вони не враховують, а крутяться виключно під тиском потоку вітру. Як результат – не більше 10 відсотків усієї енергії перетворюється на електричну. А ось у крильчатих лопат площа у внутрішніх і зовнішніх поверхонь різна. Ще варто зауважити, що такі лопаті повинні розташовуватись під кутом 7-10 градусів щодо вітру.

Тепер кілька слів про матеріал, з якого мають бути лопаті. Для старовинних вітряків використовувалися тоніки каркаси з деревини, що складаються з жердин і перемичок. На такі каркаси натягувалися спеціальні «крила», виготовлені з тканинного полотна. У разі зношування тканини її просто замінювали на нову. Хоча існує й інший варіант - купувати для цих цілей щільні матеріали (наприклад, брезент).

Хоча своїми руками можна зробити лопаті і з більш сучасних матеріалів.

1. Якщо пропелер невеликий, то як лопаті для нього можуть послужити розрізані на частини труби з полівінілхлориду.
2. Також можна використовувати легкі метали (наприклад, дюралюміній).
3. Якщо планується використання вітрил, то їх можна вирізати з фанери.
4. Нарешті, для великого агрегату лопаті можна зробити з дощок (навіть якщо вони будуть важкими – не біда, потрібно лише, щоб вони врівноважували один одного).

Зверніть увагу! У разі переважання поривчастих вітрів у регіоні перевагу краще віддавати важким лопатям – це забезпечить більш стабільне функціонування всієї системи.

Що стосується діаметра труб, то він повинен відповідати 1/5 їх сумарної довжини. Кожна з таких труб ріжеться вздовж на чотири шматки, а в основі необхідно вирізати прямокутник розмірами 5х5 (тут будуть кріплення), а після цього – виконати косий зріз, завдяки якому кожна лопата звужуватиметься від основи. Для обробки рваного краю використовується наждак.

Робимо вертикальний вітряний генератор у домашніх умовах

А тепер з'ясуємо, як, власне, виготовляється вітрогенератор своїми руками. Процедура складається з кількох етапів, ознайомимося з особливостями кожного їх.

Етап перший. Готуємо інструменти та матеріали

Щодо розмірів турбіни жодних вимог немає – чим вона буде більшою, тим краще для самої системи. А в прикладі, наведеному в цій статті, діаметр турбіни становить 60 сантиметрів.

Щоб зробити вертикальну турбіну самостійно, заздалегідь підготуйте:

• трубу діаметрів 60 сантиметрів, виконану з нержавіючої сталі;
• гвинти, гайки та інші елементи кріплення;
• пару пластикових дисків діаметром 60 сантиметрів (важливо, щоб пластик був міцним);
• маточину з автомобіля для основи;
• куточки, за допомогою яких будуть кріпитися лопаті (на кожен елемент – по шість штук; тобто, 36 екземплярів загалом).

Крім того, попередньо подбайте про наступні інструменти:

• ключі;
• лобзик;
• маска;
• захисні рукавички;
• болгарка;
• викрутка;
• електродриль.

З метою балансування лопат може бути використані магніти або невеликі металеві пластини. Якщо дисбаланс незначний, то можете просто просвердлити отвори у відповідних місцях.

Етап другий. Складає креслення

Без креслення тут точно не обійтись. Можете використовувати той, що наведено нижче, або скласти свій власний.

Етап третій. Робимо вертикальний вітряк

Крок 1.Спочатку візьміть металеву трубу і розріжте її вздовж таким чином, щоб у результаті вийшло шість лопатей однакового розміру.

Крок 2Виріжте із пластику пару однакових кіл з діаметром 60 сантиметрів. Вони послужать як опори для нижньої і верхньої частини турбіни.

Крок 3У верхній опорі можете вирізати невеликий отвір (діаметром близько 30 сантиметрів), завдяки чому конструкція трохи полегшиться.

Крок 4.Розмітте по отворах на автомобільній ступиці аналогічні отвори в нижній опорі із пластику, необхідні для кріплень. Для отворів використовуйте дриль.

Крок 5.Розмітте відповідно до шаблону розташування лопатей (має вийти пара трикутників, які ніби утворюють зірку). Розмітте місця кріплення куточків. На обох опорах все має бути однаково.

Крок 6Обріжте лопаті. Можете різати їх одразу по кілька, використовуючи болгарку.

Крок 7.Розмітте місця кріплення на лопатях і куточках. Виконайте всі ці отвори.

Крок 8З'єднайте лопаті з основами, використовуючи для цього куточки, болти та гайки.

Зверніть увагу! Потужність пристрою багато в чому залежить від довжини лопат, але якщо останні великі, збалансувати їх буде набагато важче. Більше того, конструкція може "розбовтатися" під дією сильного вітру.

Етап четвертий. Виготовляємо генератор

Генератор в даному випадку повинен бути самозбуджуючим, причому обов'язково на постійних магнітах. Якщо ви візьмете звичайний генератор від автомобіля, то тут обмотка напруги функціонує від акумулятора, іншими словами - без напруги не буде і збудження. Отже, якщо ви використовуватимете простий генератор у тандемі з акумулятором, а вітер тривалий час буде відносно слабким, то акумулятор незабаром просто розрядиться, а пізніше, коли вітер відновиться, вітрогенератор своїми руками повторно вже не запуститься.

Також можна виготовити систему на неодимових магнітах. Такого роду пристрій вироблятиме від 1,5 кіловата (якщо вітер слабкий) до 3,5 кіловата (якщо сильний). Покрокова інструкція щодо створення такого генератора виглядає так.

Крок 1.Зробіть пару металевих млинців, довжина кожного з яких складала близько 50 сантиметрів.

Крок 2Використовуючи суперклей, приклейте до млинців по всьому периметру неодимові магніти розмірами 2,5х5.0,12 сантиметри (по дванадцять штук для кожного).

Крок 3Розмістіть млинці один навпроти одного, не забувайте при цьому про полярність.

Крок 4.Розмістіть з-поміж них самопальний статор (з дроту перетином 0,3 сантиметра зробіть 9 котушок, у кожній – по 70 витків). З'єднайте котушки «зірочкою» (як показано на зображенні), після чого залийте полімерною смолою. При цьому важливо, щоб котушки були намотані в один бік, можете помітити кінці/початок обмотки за допомогою кольорової ізолети – так буде зручніше.

Крок 5.Статор повинен вийти близько 2 сантиметрів завтовшки. Обмотка має виходити за допомогою болтів з гайками. Дистанція між ротором та статором повинна відповідати 2 міліметрам.

Магніти будуть притягуватися досить сильно, а для плавного з'єднання в них необхідно виконати отвори і нарізати різьблення під шпильки. Відразу вирівняйте ротори, після чого за допомогою ключів опустіть верхній на нижній. Потім можете прибрати тимчасові шпильки.

Зверніть увагу! Описаний вище генератор може використовуватися не тільки для вертикальних, а й для горизонтальних вітряків.

Етап п'ятий. Збираємо всю конструкцію

Спочатку встановіть на щоглі спеціальний кронштейн, за допомогою якого кріпиться статор (який, у свою чергу, може мати як три, так і шість лопатей). Над кронштейном зафіксуйте маточину, використовуючи ті самі гайки. Закрутіть на чотири шпильки, які є у маточини, готовий генератор. Після цього з'єднайте статор із кронштейном, який нерухомо зафіксований на щоглі. До другої пластини ротора прикріпіть турбіну. Підключіть дроти статора до регулятора напруги, використовуючи клеми.

Етап шостий. Встановлюємо агрегат, здатний перетворити вітер на електрику

Для встановлення всього вітрогенератора своїми руками необхідно виконати дії, наведені нижче у вигляді покрокової інструкції.

Крок 1.Забетонуйте в грунті надійну та міцну основу.

Крок 2Заливаючи туди бетонний розчин, додайте шпильки, необхідні для кріплення масивного шарніра (все це легко робиться власноруч).

Крок 3Коли бетон остаточно застигне, надягніть шарнір на шпильки і зафіксуйте за допомогою гайок.

Крок 4.Встановіть щоглу в рухому частину шарніра.

Крок 5.Зверху щогли прикріпіть 3 або 4 розтяжки (можна використовувати фланець або зварювання). Також знадобиться сталевий трос.

Крок 6Підніміть щоглу на шарнірі, використовуючи один із підготовлених тросів (тягти можете за допомогою легкового автомобіля).

Крок 7.Вертикальність усієї щогли суворо фіксується розтяжками.

Де можна встановлювати такий вітрогенератор?

Від того, як правильно ви підберете місце для встановлення вітрового генератора, багато в чому залежить ефективність його функціонування. Місце має бути таким, щоб лопатям системи дісталося якнайбільше вітру. Ділянка має бути відкритою і піднесеною (наприклад, дах будинку, але якнайдалі від дерев та інших будівель). Що характерно, причина тому полягає не тільки у перешкодах, а й у творі пристроєм деякого шуму під час роботи, що може не сподобатися сусідам чи самим власникам.

Для більш детального ознайомлення з проблемою рекомендуємо ознайомитись із наведеним нижче тематичним відеороликом.

Відео – Як зробити вітряний генератор за допомогою побутового вентилятора

Роторний (горизонтальний) вітрогенератор

Такий пристрій упорається із забезпеченням електрикою невеликого будинку чи кількох господарських будівель. Максимальна потужність вітрогенератора не перевищуватиме 1,5 кіловати.

Для роботи підготуйте:

• автомобільний генератор на 12 Вт;
• реле, контрольну лампочку акумулятора;
• сам акумулятор на 12 Вт;
• перетворювач струму;
• велику каструлю або відро з дюралюмінію або нержавіючої сталі;
• пару хомутів для кріплення генератора до щогли;
• вимикач;
• провід, 0,4 та 0,25 сантиметра;
• болти, гайки, шайби;
• вольтметр.

Інструменти будуть потрібні ті ж, що й у попередньому випадку. Спочатку візьміть каструлю (або відро) і, використовуючи маркер із рулеткою, поділіть її на чотири однакові частини. Виріжте лопаті, але не дорізайте до кінця (так, як показано на картинці).

Виконайте отвори для болтів у днищі, після чого відігніть лопаті, але не дуже сильно. Враховуйте при цьому той факт, як обертатиметься генератор (за годинниковою стрілкою або проти неї).

Далі закріпіть каструлю з підготовленими лопатями на шків, закріпіть за допомогою болтів. Встановіть на щоглу, зафіксовану заздалегідь, генератор (для цього використовуйте запасні хомути), далі з'єднайте всі кабелі і зберіть ланцюг. Перепишіть усю схему, зафіксуйте дроти на опорі.

Для підключення акумулятора використовуйте 4-міліметровий кабель довжиною максимум 1 метр. Для підключення навантаження використовуйте менший кабель. Також встановіть інвертер. Нижче наведено приблизну схему підключення.

Як бачимо, спорудити вітрогенератор своїми руками цілком можливо. Конструкція може бути двох типів, але за наявності навичок і належної запопадливості з роботою можна впоратися навіть поодинці. На цьому все, удачі!

Час читання ≈ 4 хвилини

Істотно зменшити рахунки за електрику та забезпечити себе резервним джерелом енергії на дачі можна, зробивши вітрогенератор своїми руками.

Купівля готового вітряного генератора економічно виправдана, тільки якщо немає можливості підключення до електромереж. Вартість обладнання та його технічне обслуговування найчастіше виявляється вищою, ніж ціна кіловат, які ви купите у енергозбутової компанії протягом найближчих років. Хоча, якщо порівнювати з використанням бензинових чи дизельних генераторів невеликої потужності, тут екологічне джерело енергії виграє за вартістю обслуговування, рівнем шуму, відсутністю шкідливих вихлопів. Тимчасову відсутність вітру можна компенсувати за допомогою акумуляторів з перетворювачем напруги.

Вітрогенератор, зібраний з використанням деяких деталей, зроблених своїми руками, може виявитися в кілька разів дешевшим за готовий комплект. Якщо ви серйозно вирішили зробити свій заміський будинок енергонезалежним, при цьому не хочете нікому переплачувати саморобний вітрогенератор правильне рішення.

Потужність вітрогенератора

Перш ніж приступати до роботи, треба визначитися, чи є реальна необхідність у потужному вітрогенераторі, наприклад, для приготування їжі, використання електроінструменту, нагрівання води чи опалення. Може вам достатньо підключити освітлення, невеликий холодильник, телевізор, підзарядити телефон? У першому випадку вам потрібен вітряк потужністю від 2 до 6 кВт, а в другому можна обмежитися в 1-1,5 кВт.

Також існують горизонтальні та вертикальні вітрогенератори. При вертикальному розташуванні осі можна використовувати лопаті найрізноманітнішої форми, це можуть бути плоскі або вигнуті листи металу, що обертаються на подовжувачах. Існує варіант з однією скрученою лопатою. Сам генератор розташовується біля землі. Оскільки обороти лопатей невисокі, двигун має велику масу і, відповідно, вартість. Перевагою вертикальної конструкції є простота та можливість роботи при слабкому вітрі.

У цьому огляді буде розглянуто питання, як зробити горизонтальний вітрогенератор своїми руками. Для нього можна використовувати різні типи доступних генераторів та перероблені електродвигуни.

Конструкція вітрогенератора на 220В:

1. Електрогенератор промислового виробництва.
2. Лопаті для вітрогенератора та поворотний механізм на щоглі.
3. Схема керування заряджання акумулятора.
4. З'єднувальні дроти.
5. Настановна щогла.
6. Розтяжки.

Ми будемо використовувати двигун постійного струму від бігової доріжки, він має параметри: 260V, 5A. Ефект генератора ми отримаємо з допомогою оборотності магнітних полів даного типу електродвигунів.

Необхідні матеріали та комплектуючі

Всі деталі ви легко знайдете у господарських чи будівельних магазинах. Нам потрібно:

• нарізна втулка необхідного розміру;
• діодний міст, розрахований на струм 30-50A;
• ПВХ трубка.

Хвостовик та корпус вітряка можна зробити з наступних матеріалів:

• Сталева профільна труба 25 мм;
• Маскуючий фланець;
• Патрубки;
• Болти;
• Шайби;
• Самонарізи;
• Скотч.

Складання вітряного генератора згідно креслень

Лопаті вітряка можна виготовити з дюралю за наведеними кресленнями. Деталь треба якісно зашкурити, при цьому передню кромку зробити закругленою, а задню заточити. Для хвостовика підійде шматок жерсті достатньої твердості.

До електродвигуна закріплюємо втулку, а на її корпусі висвердлюємо три отвори на рівній відстані один від одного. У них треба нарізати різьблення під болти.

Трубку ПВХ розріжемо вздовж, і будемо використовувати як ущільнювач між квадратною трубою і корпусом генератора.

Діодний міст також закріпимо біля двигуна за допомогою саморізів.

Чорний дріт від двигуна підключимо до плюсу діодного мосту, а червоний до мінуса.

Хвостовик прикручуємо шурупами на протилежний кінець труби.

Лопаті з'єднуємо з втулкою за допомогою болтів, обов'язково використовуємо по дві шайби та гровер на кожен болт.

Втулку закручуємо на вал двигуна проти годинникової стрілки, утримуючи вісь пасатижами.

Патрубок привертаємо до маскуючого фланця за допомогою газового ключа.

Треба обов'язково знайти точку рівноваги на трубі із закріпленим двигуном та хвостовиком. По цій точці закріплюємо конструкцію на щоглу.

Усі металеві деталі, які можуть зазнати корозії, бажано покрити якісною емаллю.

Вітрогенератор для приватного будинку варто встановити на деякій відстані від основних будов, щоглу обов'язково закріпити розтяжками зі сталевого троса. Висота залежить від можливої ​​сили вітру, рельєфу та штучних перешкод, що оточують електростанцію.

Електричний струм після діодного моста повинен через контрольний амперметр надходити на електронну схему заряджання акумулятора. Безпосередньо до такого генератора можна підключити малопотужні лампи розжарювання. Заряджені батареї видають стабільну постійну напругу. Його рекомендується використовувати для освітлення (галогенні лампи та світлодіодні стрічки), або вивести на інвертор, щоб отримати 220В змінного струму та підключити будь-які побутові прилади, потужність яких не перевищує параметри інвертора.

Представлена ​​фото та відео інформація дасть вам наочніше уявлення про складання вітрогенератора своїми руками.

Відео виготовлення вітрогенератора своїми руками