Jednoduchý větrný generátor může být vyroben z několika vadných pevné disky a vodní pumpa z pračka. Alternativní energie je blíž, než se zdá, odpadků na výrobu takových nezbytných věcí je nyní víc než dost. Tento design samozřejmě nebude napájet celý váš dům elektřinou, ale je docela vhodný pro nabíjení všech druhů zařízení USB.

Bude potřeba

• Automatické čerpadlo pračka. Stojí úplně dole a slouží k čerpání vody z bubnu do kanalizace.
• Čtyři pevné disky od různých výrobců.
• Sloup je dlouhá trubka pro instalaci větrného mlýna ve výšce.
• Šrouby, matice, podložky.
• Dráty.

Pár slov o vodní pumpě

Jako generátor, který vyrábí elektřinu, bude použito vodní čerpadlo. Skládá se z pohyblivého rotoru s permanentními magnety a pohyblivého statoru s magnetickým jádrem ve tvaru U a cívkou na něm.

Rotor jde celkem snadno vytáhnout.

Díky použití permanentní magnety, takové čerpadlo funguje perfektně jako generátor, schopný dodávat až 250 V. Náš větrný mlýn samozřejmě takové otáčky nedá a výstupní napětí bude několikanásobně nižší.

Výroba větrných generátorů

Bylo rozhodnuto zajistit čerpadlo konstrukcí ocelové rohy, ohýbání a řezání je podle potřeby.

Dopadlo to takhle, jakási svorka.

V magnetickém obvodu pumpy byl vytvořen otvor pro spolehlivější fixaci.

Sestavená jednotka.

Lopatky větrné turbíny

Čepele jsou vyrobeny z PVC trubky.

Trubku podélně rozřízneme na tři stejné části.

A pak si z každé půlky vystřihneme vlastní čepel.

V místech, kde jsou lopatky připevněny ke generátoru, děláme otvory.

Uchycení čepele

K upevnění lopatek větrného generátoru byly použity dva disky z HDD.

Otvor, do kterého dokonale pasuje na průměr oběžného kola.

Pojďme si to označit.

Pojďme vrtat.

Kotouče jsou připevněny k rotoru pomocí šroubů, podložek a matic.

Našroubujte čepele.

Otočná jednotka

Aby se větrný mlýn otáčel v různých směrech v závislosti na větru, musí být instalován na točně, v jejíž roli je motor z pevný disk, protože tam jsou velmi dobrá ložiska.

V budoucnu na něj bude umístěn disk, na kterém bude generátor namontován.

Vyvrtali jsme otvor pro uchycení a odřízli nepotřebnou část.

Valné shromáždění

K motoru HDD, který bude použit jako otočná plošina Rohy upevňujeme na třech místech.

Ocasní list vyřízneme z lepenky nebo plastu tak, aby vítr sám směroval ventilátor.

Nyní začneme vše montovat.

Vezmeme tyč a připevníme napájecí vodič.

Vezměte otočnou jednotku.

Vložíme do trubky a utáhneme matice a oddálíme.

V zásadě to drží dobře.

Kolem minulosti letní chaty, viděl jsem funkční větrný generátor:

Velké lopatky se otáčely pomalu, ale jistě, korouhvička orientovala zařízení ve směru větru.
Chtěl jsem implementovat podobný návrh, i když nebyl schopen generovat energii dostatečnou pro napájení „vážných“ spotřebitelů, ale stále fungoval a například nabíjel baterie nebo napájel LED.

Krokové motory

Jeden z nejvíce efektivní možnosti malý domácí větrný generátor je použití krokový motor (SD) (anglicky) krokový (krokový, krokový) motor) - u takového motoru se otáčení hřídele skládá z malých kroků. Vinutí krokového motoru jsou spojena do fází. Když je proud přiváděn do jedné z fází, hřídel se posune o jeden krok.
Tyto motory jsou nízká rychlost a generátor s takovým motorem může být připojen bez převodovky k větrné turbíně, Stirlingově motoru nebo jinému nízkootáčkovému zdroji energie. Při použití konvenčního (kartáčovaného) stejnosměrného motoru jako generátoru by bylo k dosažení stejných výsledků zapotřebí 10-15krát vyšší otáčky.
Charakteristickým rysem stepperu je poměrně vysoký startovací moment (i bez elektrické zátěže připojené ke generátoru), dosahující 40 gramů síly na centimetr.
Účinnost generátoru s krokovým motorem dosahuje 40 %.

Pro kontrolu chodu krokového motoru můžete připojit např. červenou LED. Otáčením hřídele motoru můžete pozorovat záři LED. Na polaritě připojení LED nezáleží, protože motor produkuje střídavý proud.

Pětipalcové disketové jednotky, stejně jako staré tiskárny a skenery, jsou pokladnicí takových poměrně výkonných motorů.

Motor 1

Například mám SD ze staré 5,25″ disketové jednotky, která byla stále součástí ZX Spectrum- kompatibilní počítač "Byte".
Takový pohon obsahuje dvě vinutí, z jejichž konců a středu se dělají závěry - celkem šest dráty:

první vinutí cívka 1) - modrá (anglicky) modrý) a žlutá (angl. žluť);
druhé vinutí cívka 2) - červená (anglicky) červený) a bílá (anglicky) bílý);
hnědý hnědý) dráty - vede ze středů každého vinutí (angl. středové kohoutky).

rozebraný krokový motor

Vlevo je vidět rotor motoru, na kterém jsou patrné „pruhované“ pruhy. magnetické póly- severní a jižní. Vpravo je vidět vinutí statoru, skládající se z osmi cívek.
Odpor poloviny vinutí je ~70 ohmů.

Tento motor jsem použil v původním návrhu své větrné turbíny.

Motor 2

K dispozici mám méně výkonný krokový motor T1319635 společnosti Společnost Epoch Electronics Corp. ze skeneru HP Scanjet 2400 má pět výstupy (unipolární motor):


první vinutí cívka 1) - oranžová (anglicky) pomerančový) a černá (anglicky) černý);
druhé vinutí cívka 2) - hnědá (anglicky) hnědý) a žlutá (angl. žluť);
červená (anglicky) červený) drát - svorky spojené dohromady od středu každého vinutí (angl. středové kohoutky).

Odpor poloviny vinutí je 58 ohmů, což je uvedeno na skříni motoru.

Motor 3

Ve vylepšené verzi větrného generátoru jsem použil krokový motor Robotron SPA 42/100-558, vyrobený v NDR a určený pro 12 V:

Větrná turbína

Existují dvě možné varianty umístění osy oběžného kola (turbíny) větrného generátoru - horizontální a vertikální.

Výhoda horizontální(nejoblíbenější) umístění osa umístěná ve směru větru je více efektivní využití větrná energie, nevýhodou je složitost provedení.

vybral jsem si vertikální uspořádání osy - VAWT (větrná turbína s vertikální osou), což výrazně zjednodušuje design a nevyžaduje orientaci po větru . Tato možnost je vhodnější pro montáž na střechu, je mnohem účinnější v podmínkách rychlých a častých změn směru větru.

Použil jsem typ větrné turbíny zvané Savonius wind turbine. Savonius větrná turbína). Byl vynalezen v roce 1922 Sigurd Johannes Savonius) z Finska.

Sigurd Johannes Savonius

Provoz větrné turbíny Savonius je založen na skutečnosti, že odpor táhnout) přicházející proud vzduchu - vítr konkávní plochy válce (lopatky) je větší než konvexní.

Koeficienty aerodynamického odporu ( angličtina koeficienty odporu) $C_D$

dvourozměrná tělesa:
konkávní polovina válce (1) - 2,30
konvexní polovina válce (2) - 1,20
plochá čtvercová deska - 1,17
3D těla:
konkávní dutá polokoule (3) - 1,42
konvexní dutá polokoule (4) - 0,38
koule - 0,5
Uvedené hodnoty jsou uvedeny pro Reynoldsova čísla. Reynoldsova čísla) v rozmezí 10^4 - 10^6 $. Reynoldsovo číslo charakterizuje chování tělesa v médiu.

Síla odporu těla vůči proudění vzduchu $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, kde $\rho$ je hustota vzduchu, $v$ je rychlost proudění vzduchu, $ S $ je průřezová plocha těla.

Taková větrná turbína se otáčí stejným směrem, bez ohledu na směr větru:

Podobný princip fungování je použit v pohárovém anemometru. šálkový anemometr)- zařízení na měření rychlosti větru:

Takový anemometr vynalezl v roce 1846 irský astronom John Thomas Romney Robinson ( John Thomas Romney Robinson):

Robinson věřil, že pohárky v jeho čtyřhrnkovém anemometru se pohybovaly třetinovou rychlostí větru. Ve skutečnosti se tato hodnota pohybuje od dvou do o něco více než tři.

V současnosti se k měření rychlosti větru používají tříhrnkové anemometry vyvinuté kanadským meteorologem Johnem Pattersonem. John Patterson) v roce 1926:

Generátory na bázi kartáčovaných stejnosměrných motorů s vertikální mikroturbínou se prodávají na eBay asi za 5 dolarů:

Taková turbína obsahuje čtyři lopatky uspořádané podél dvou kolmých os, s průměrem oběžného kola 100 mm, výškou lopatky 60 mm, délkou tětivy 30 mm a výškou segmentu 11 mm. Oběžné kolo je namontováno na hřídeli komutátorového stejnosměrného mikromotoru s označením JQ24-125H670. Jmenovité napájecí napětí takového motoru je 3 ... 12 V.
Energie generovaná takovým generátorem stačí k rozsvícení „bílé“ LED.

Rychlost otáčení větrné turbíny Savonius nesmí překročit rychlost větru , ale zároveň je toto provedení charakteristické vysoký točivý moment (Angličtina) točivý moment).

Účinnost větrné turbíny lze posoudit porovnáním výkonu generovaného větrným generátorem s výkonem obsaženým ve větru foukajícím turbínou:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$, kde $\rho$ je hustota vzduchu (asi 1,225 kg/m 3 na hladině moře), $S$ je zametená oblast turbína (angl. zametená oblast), $v$ - rychlost větru.

Moje větrná turbína

Možnost 1

Zpočátku moje oběžné kolo generátoru používalo čtyři lopatky ve formě segmentů (polovin) válců vyříznutých z plastové trubky:


Velikosti segmentů –
délka segmentu - 14 cm;
výška segmentu - 2 cm;
délka tětivy segmentu - 4 cm;

Nainstaloval jsem sestavená konstrukce na poměrně vysokém (6 m 70 cm) dřevěném stožáru ze dřeva, připevněném samořeznými šrouby ke kovovému rámu:

Možnost 2

Nevýhoda generátoru byla docela vysoká rychlost vítr potřebný k roztočení lopatek. Pro zvětšení plochy jsem použil čepele řezané z plastové lahve:

Velikosti segmentů –
délka segmentu - 18 cm;
výška segmentu - 5 cm;
délka tětivy segmentu - 7 cm;
vzdálenost od začátku segmentu ke středu osy otáčení je 3 cm.

Možnost 3

Problémem se ukázala být pevnost držáků čepelí. Nejprve jsem používal perforované hliníkové lišty ze sovětského dětská stavebnice tloušťka 1 mm. Po několika dnech provozu vedly silné poryvy větru k prasknutí lamel (1). Po tomto neúspěchu jsem se rozhodl vyříznout držáky čepelí z fólie DPS (2) tloušťky 1,8 mm:

Pevnost DPS v ohybu kolmo k desce je 204 MPa a je srovnatelná s pevností v ohybu hliníku - 275 MPa. Ale modul pružnosti hliníku $E$ (70 000 MPa) je mnohem větší než u DPS (10 000 MPa), tzn. texolit je mnohem elastičtější než hliník. To podle mého názoru, s přihlédnutím k větší tloušťce textolitových držáků, poskytne mnohem větší spolehlivost upevnění lopatek větrného generátoru.
Větrný generátor je namontován na stožáru:

Zkušební provoz nové verze větrného generátoru ukázal svou spolehlivost i při silných poryvech větru.

Nevýhodou Savoniovy turbíny je nízká účinnost - pouze asi 15 % energie větru se přemění na energii otáčení hřídele (to je mnohem méně, než lze dosáhnout pomocí větrná turbína Daria(Angličtina) větrná turbína Darrieus)), pomocí zvedací síly (angl. výtah). Tento typ větrné turbíny vynalezl francouzský letecký konstruktér Georges Darrieux. (Georges Jean Marie Darrieus) - 1931 americký patent č. 1,835,018 .

Georges Darrieux

Nevýhodou turbíny Daria je velmi špatné samospouštění (pro generování točivého momentu z větru se turbína již musí roztáčet).

Přeměna elektřiny generované krokovým motorem

Vedení krokového motoru lze připojit ke dvěma můstkovým usměrňovačům vyrobeným ze Schottkyho diod, aby se snížil úbytek napětí na diodách.
Můžete použít oblíbené Schottkyho diody 1N5817 s maximálním zpětným napětím 20 V, 1N5819- 40 V a maximální přímý průměrný usměrněný proud 1 A. Výstupy usměrňovačů jsem zapojil do série pro zvýšení výstupního napětí.
Můžete také použít dva středové usměrňovače. Takový usměrňovač vyžaduje o polovinu méně diod, ale zároveň je výstupní napětí poloviční.
Poté je zvlnění napětí vyhlazeno pomocí kapacitního filtru - kondenzátoru 1000 µF při 25 V. Pro ochranu před zvýšeným generovaným napětím je paralelně s kondenzátorem zapojena 25 V zenerova dioda.


můj diagram větrného generátoru


elektronická jednotka mého větrného generátoru

Aplikace větrných generátorů

Napětí generované větrným generátorem závisí na velikosti a stálosti rychlosti větru.

Když vítr kýve tenké větve stromů, napětí dosáhne 2 ... 3 V.

Když vítr kývá tlustými větvemi stromů, napětí dosahuje 4 ... 5 V (se silnými poryvy - až 7 V).

PŘIPOJENÍ K JOULE THIEF

Vyhlazené napětí z kondenzátoru větrného generátoru lze přivést na - nízké napětí DC-DC konvertor

Hodnota rezistoru R se volí experimentálně (v závislosti na typu tranzistoru) - je vhodné použít proměnný rezistor 4,7 kOhm a postupně snižovat jeho odpor, čímž je dosaženo stabilního provozu převodníku.
Sestavil jsem takový převodník na bázi germania pnp-tranzistor GT308V ( VT) a pulzní transformátor MIT-4V (cívka L1- závěry 2-3, L2- závěry 5-6):

NABÍJENÍ IONISTŮ (SUPERKAPACITORŮ)

Ionistor (superkondenzátor, anglicky) superkondenzátor) je hybridem kondenzátoru a chemického zdroje proudu.
Ionistor - nepolární prvek, ale jedna ze svorek může být označena „šipkou“, která označuje polaritu zbytkového napětí po jeho nabití u výrobce.
Pro počáteční výzkum jsem použil ionistor s kapacitou 0,22 F pro napětí 5,5 V (průměr 11,5 mm, výška 3,5 mm):

Připojil jsem to přes diodu na výstup přes germaniovou diodu D310.

Pro omezení maximálního nabíjecího napětí ionistoru můžete použít zenerovu diodu nebo řetězec LED - já používám řetězec dvačervené LED diody:

Aby se zabránilo vybití již nabitého ionistoru pomocí omezovacích LED HL1 A HL2 Přidal jsem další diodu - VD2.

Pokračování

V tomto článku se budeme zabývat modelem výkonný generátor vyrobený z magnetů, který je schopen vyrábět elektřinu o výkonu 300 wattů. Rám je sestaven z duralových desek o tloušťce 10 mm. Generátor se skládá ze 3 hlavních částí: pouzdro, rotor, stator. Hlavním účelem pouzdra je upevnění rotoru a statoru v přesně definované poloze. Rotující rotor by se neměl dotýkat cívek statoru magnety. Hliníkové tělo je složeno ze 4 dílů. Rohové rozložení poskytuje jednoduchý a pevný design. Tělo je vyrobeno na CNC stroji. To je výhoda i nevýhoda vývoje, protože pro kvalitní opakování modelu musíte najít specialisty a CNC stroj. Průměr kotoučů je 100 mm.

Můžete také vzít hotový elektrický generátor v internetovém obchodě.

Rotor elektrického generátoru I. Belitsky

Rotor je železná náprava. Jsou na něm upevněny 2 železné disky s neodymovými magnety. Mezi kotouči na nápravě je nalisováno železné pouzdro. Jeho délka závisí na tloušťce statoru. Jeho účelem je poskytovat minimální vůle mezi rotujícími magnety a cívkami statoru. Každý disk obsahuje 12 neodymových magnetů o průměru 15 a tloušťce 5 mm. Na disku se pro ně dělají sedačky.

Je třeba je přilepit epoxidová pryskyřice nebo jiné lepidlo. V tomto případě je nutné přísně dodržovat polaritu. Po sestavení by měly být magnety umístěny tak, aby naproti každému byl další z protějšího disku. V tomto případě musí být póly vůči sobě odlišné. Jak sám autor vývoje (Igor Beletsky) píše: „Bylo by správné mít různé póly, aby siločáry vycházely z jednoho a vstupovaly do druhého, rozhodně S = N.“ Neodymové magnety můžete zakoupit v čínském internetovém obchodě.

Statorové zařízení

Jako podklad byl použit plech z textolitu o tloušťce 12 m. V plechu byly vytvořeny otvory pro cívky a pouzdra rotoru. Vnější průměr železných cívek, které jsou instalovány v těchto otvorech, je 25 mm. Vnitřní průměr je roven průměru magnetů (15 mm). Cívky plní 2 úkoly: funkci magneticky vodivého jádra a úlohu snižovat lepení při přechodu z jedné cívky na druhou.

Cívky jsou vyrobeny z izolovaný drát tloušťka 0,5 mm. Na každou cívku je navinuto 130 závitů. Směr vinutí je u všech stejný.

Při vytváření výkonného generátoru z, musíte vědět, že čím vyšší rychlost může být poskytnuta, tím vyšší bude výstupní napětí a proud zařízení pro volnou energii.

Pokračujeme v recyklaci plastové lahve. Navrhuji zvážit výrobu vertikály rotační větrná turbína ze čtyř lahví. Použitá rotační jednotka se může stát generátorem slabých proudů nebo vynikajícím snímačem rychlosti větru pro domácí anemometr. Jsou zobrazeny fotografie a videa větrného mlýna. Schéma montáže je podrobně popsáno níže.

Jak vyrobit větrný mlýn z PET lahví vlastníma rukama

1. Nezbytný nástroj: horkovzdušná pistole, nůžky, vrtačka, nůž a šroubovák. Použité materiály: čtyři stejné PET lahve s uzávěry od 0,2 do 2 litrů každá, motor pevného disku, plastová dóza na vitamíny, starý dřezový sifon a dřevěná tyč požadované délky.

2. Zvažuje se demontáž pevného disku počítače. K provozu budete potřebovat motor a horní desku pro upevnění desky disku pomocí upevňovacích prvků. Spojovací materiál lze použít pomocí křížového šroubováku, ale častěji s hvězdičkou.

3. Začneme práci s nejnáročnější a nejdůležitější jednotkou - instalací rotační jednotky do víka nádobky na vitamíny. Chcete-li to provést, pod koncem motoru, přísně symetricky, vlastníma rukama vyřízněte otvor v plastovém víku plechovky nožem.

Elektromotor Víko plechovky Otvor

4. Označíme montážní otvory podél horní lišty a vyvrtáme je.

5. Nainstalujte rotační jednotku do krytu.

Otvory jsou označeny.

6. Zavařovací sklenici si označíme do čtyř sektorů a pomocí dobře nahřáté tavné pistole symetricky přilepíme čtyři víčka. Na víčko se velkoryse nanese lepidlo a víčko se přilepí na správné místo. Na sklenici by neměly být žádné štítky a lepená místa je vhodné očistit smirkovým plátnem.

7. PET lahve zašroubujte do korkových zátek a pomocí permanentního fixu označte výřezy ve sklenici. Poloha výřezů určuje směr otáčení větrného mlýna. Výřezy by měly být na stejné straně, jak je znázorněno na fotografii, to znamená, že při otáčení se větrný mlýn snaží utáhnout víko.

8. Lahve jednu po druhé vyřízněte a ihned je přišroubujte na místo. Zašroubujte sklenici do víka - domácí větrný mlýn připraveno. Je užitečné kolo zkontrolovat a případně vyvážit kouskem plastelíny.

Víčka jsou lepená

9. Problém instalace větrné turbíny zpočátku způsoboval potíže, ale byl nečekaně snadno vyřešen. Palcové standardy pevného disku a sifonu z umyvadla se ukázaly být stejné a motor byl dokonale upevněn pomocí spojovací matice na sifonu, pokud je to nutné, můžete přidat gumovou podložku; Před montáží byl motor odpojen od víka, nasazena převlečná matice a víko plechovky bylo zajištěno zpět. Pro vyhodnocení generujících schopností motoru jsou k vinutí motoru připájeny vodiče.

10. Konec sloupu je pevně zasunut do sifonu a celá konstrukce je instalována pro testování. Větrný mlýn je poměrně citlivý a v klidném větru se okamžitě začal pomalu otáčet.

Rotační jednotka je pevná