Posted on

Ветрогенератор из асинхронного двигателя

Энергетический кризис часто сопровождается перебоями в энергоснабжении, особенно, если проблема касается сельской местности. Иметь резервный генератор не всегда возможно по ряду причин, поэтому можно воспользоваться «дармовым» источником энергии ветра. Для этого необходим ветрогенератор, который проще всего соорудить из обычного асинхронного двигателя.

Принцип действия такого генератора весьма прост: энергия ветра будет передаваться на ротор, который начёт вращаться в том же  направлении, что и создаваемое при этом магнитное поле. Поскольку скольжение ротора при этом становится отрицательным, то на валу ротора возникает тормозной момент, а образующаяся электроэнергия будет передана потребителю. Таким образом, намагниченность ротора становится причиной возбуждения эдс в выходной цепи машины.

Преимущества асинхронного генератора:

  1. Конструктивно такой генератор проще, чем синхронный, и к тому же некритичен к внешним неблагоприятным воздействиям: например, к попаданию на него пыли и грязи (что вполне вероятно в условиях сильного ветра).
  2. Напряжение на выходе имеет меньшую степень нелинейных искажений, а потому к такому генератору можно подключать различную нагрузку – от сварочного преобразователя до компьютера.
  3. Коэффициент неравномерности вращения для асинхронных генераторов не опускается ниже 0,98 , что исключает его перегрев в условиях длительной работы.
  4. Вследствие отсутствия вращающихся обмоток долговечность асинхронного генератора ожидается достаточно высокой.

Таким образом изготовить ветрогенератор из асинхронного двигателя не только принципиально возможно, но и практически целесообразно.

Рассмотрим основные этапы переделки

Вначале подбирается необходимый электродвигатель:  он должен быть низкооборотистым ( не более 1300 мин-1), имеющим 3 или 4 пары полюсов.

Проточка ротора двигателя под установку магнитов

рис. 1

Заключается в уменьшении диаметра ротора под высоту устанавливаемых магнитов. Здесь возможны варианты: если имеющиеся в распоряжении магниты – недостаточно сильные, то дополнительно необходимо выточить и одеть на ротор переходную металлическую втулку, с помощью которой значение наводимой магнитной индукции окажется достаточным для того, чтобы не допустить рассеивания магнитного поля. В ином случае никаких других работ по переделке ротора производить не нужно. Проточенный под установку магнитов (при наличии  втулки) ротор имеет вид, представленный на рис.1.

Расчёт необходимого количества магнитов и их монтаж

Для этого сначала определяется длина окружности ротора после его переточки, которая будет соответствовать высоте втулки:

L=πD , где D – диаметр ротора.

Требуемая толщина магнитов t должна быть в пределах t=(0.1…0.15)D. Далее рассчитывается количество секций n, в каждой из которых магниты будут устанавливаться  с одинаковым полюсом:

n=L/p, где p – количество полюсов электродвигателя.

рис. 2

Для окончательного решения вопроса определяют количество магнитов, которое сможет уместиться в одном полюсе, чтобы потом равномерно и с наибольшей плотностью  распределить их по всей высоте втулки. Смещение магнитов при их наклейке принимается равным толщине одного магнита. Для приклеивания лучше всего применять эпоксидный клей. Внешний вид втулки с магнитами в сборе, одетой на ротор, представлен на рис.2.

Проверка работоспособности генератора

После сборки ветрогенератора из асинхронного двигателя необходимо проверить на фактически развиваемую выходную мощность, поскольку после наклейки магнитов, а также вследствие увеличения массы ротора, параметры электромашины изменяются. С этой целью ротор генератора необходимо привести во вращение со скоростью, соответствующей номинальной скорости вращения переделанного электродвигателя.

рис. 3

Для этого можно использовать обычную электродрель, а на выходе подключить любую доступную нагрузку, например, электролампочку. Изменяя мощность подключаемых ламп, а также число оборотов дрели, можно установить практическую работоспособность ветрогенератора и зависимость вырабатываемого напряжения от количества оборотов ротора. Контрольная установка в различных вариантах её подключения представлена на рис.3.

 

Изготовление исполнительной части ветрогенератора

Она должна состоять из лопастей винтов, поворотной оси и стойки, на которой закрепляется вся конструкция. Лопасти (см. рис.4) можно изготавливать из полихлорвиниловой трубы диаметром 150…200 мм. Далее под готовый ветрогенератор из асинхронного двигателя изготавливается стойка, которая должна иметь поворотную ось, собранную на подшипниках качения. Готовая конструкция исполнительной части ветрогенератора с винтом диаметром 1,7 м представлена на рис. 5.

рис. 4

рис. 5

Апробация ветрогенератора из асинхронного двигателя

Заключается в экспериментальном определении мощности готовой установки.  Данный параметр будет определяться множеством факторов, причём большинство из них весьма неопределённо:  в расчёт следует принимать и высоту мачты, и диапазон изменения скорости ветра и влажность воздуха. Тем не менее принцип остаётся тем же: подключается нагрузка заранее известной мощности, после чего по падению числа оборотов можно сделать вывод о мощности ветрогенератора.

Повысить мощность машины можно, дополнительно осуществив перемотку статора двигателя проводом с большим сечением. Это уменьшает собственное сопротивление генератора, и , соответственно, увеличивает напряжение на выходе.  Общий вид переделанного таким образом статора двигателя  представлен на рис. 6. Таким путём удаётся увеличить выходную мощность ветрогенератора в несколько раз.

рис. 6

А вот и видео по переделке и показательным запуском:

Ветрогенератор на базе асинхронного двигателя

Ветрогенератор является довольно простой и надежной конструкцией в плане источника автономной электрический энергии. Описанный в данной статье, тип генератора работает на постоянных магнитах и является переделанной моделью из асинхронного двигателя. Генератор сделан из старого четырех полюсного двигателя. Так как тут попытка такого преобразования – первая, то здесь не имела значения мощность двигателя, скорее дело в практическом применении и чистого интереса. Первым делом необходимо было разобрать двигатель. Удивило состояние деталей внутри конструкции – они были практически новые, что не могло не радовать.

1261479387_v-razobrannom

Теперь необходимо было проточить ротор. Зачастую такую работу необходимо производить только, если имеются навыки токарного дела.Так как, таких навыков не имеется, пришлось обращаться за помощью к знакомому токарю.

1261480372_protochennyjj-rotor-000

Далее нужно было подобрать магниты и  рассчитать скос магнитного полюса. Скос делается для того, чтобы не происходило залипание. Как только все расчеты были проведены,  тут же распечатал шаблон и пробил отверстия.

1261480794_shalon-magnitov

Данный шаблон нужен для того, что бы показать места, где именно нужно клеить магниты. Если правильно рассчитать угол скоса, то проблем при проклейке магнита не должно возникать. В основном, такая работа займет не более двух часов.

1261480958_pervyjj-rjad-000

1261481063_obkleenyjj-rotor-000

Далее плотно обмотал ротор скотчем. Делать это следует снизу, плавно двигаясь вверх. И только на самом верху оставить зазор. Следом спокойно залил все это эпоксидной смолой, для достижения большей герметичности и надежности. Когда производится процесс проточки ротора, то необходимо брать запас раза в 1,5 – 2 больше расчетного. Все дело в том, что если мало сточить, что ротор просто не сможет войти. Можно, конечно сточить магниты, но в дальнейшем это может быть чревато перегревом генератора, так что лучше заранее позаботиться обо всех нюансах.

Теперь следует собрать генератор воедино и проверить возможность его оборотов. Достаточно просто провернуть ротор двумя пальцами. Обороты должны проходить легко, без залипания и трения. Теперь, когда конструкция полностью готова, можно приступать к процессу съема характеристик.

1261481382_pered-ispytanijami-000

1261481502_ispytanija-na-treugolnik1

Естественно, при первых замерах нельзя гарантировать точные характеристики генератора, но все же примерно прикинуть достаточно. После того, как все характеристики сняты, можно приступать к изготовлению лопастей.

1261481832_ispytanija-generatora-as01

По данным характеристики можно отметить, что диаметр турбины будет соответствовать 1,7 метра, а быстроходность Z 5.

1261481666_lopasti-000

Изготовив полностью всю конструкцию, необходимо проверить ее работоспособность. Достаточно  проверить ее работу, заменив обычный флюгер. Здесь достаточно небольшого ветра, что бы генератор пришел в действие. Поэтому необходимо аккуратно установить конструкцию вместо флюгера и привести в действие. Как уже говорилось, наличие ветра лишь придаст эффектным оборотам данной конструкции, но главное, что бы в это время генератор был уже закреплен.

1261482393_na-machte1-000

Данная конструкция сможет спокойно отработать в течении нескольких месяцев, причем без ремонта или замены конструктивных частей. Конечно, при условии, что все сделано правильно. После нескольких месяцев работы следует полностью проверить генератор.

1261482408_na-machte2-000

Автор:  Нагорянский Александр Александрович.

Как сделать ветряную электростанцию из асинхронного двигателя

Начни — сделаешь

Самодельный ветрогенератор

Для мало-мальски умеющего и любящего что-то мастерить, вопрос «как самому сделать ветряную электростанцию» из имеющихся под рукой агрегатов и материалов, не будет являться неразрешимой проблемой. Стоит только взяться с упоением, не торопясь, шаг за шагом двигаться к завершению работы – цель будет непременно достигнута. Вы обязательно получите дармовую электроэнергию, которая зажжёт свет в вашем доме, заставит работать телевизор, зарядит аккумулятор телефона, оживит пылесос. Мало того, вами будут восхищаться близкие люди, женщины посмотрят совсем другими глазами, непременно начнут хвалиться соседям: «Мой-то сам сумел сделать электростанцию»! Мелочь, но приятно.

Что же на старте надо иметь, на какую мощность своего детища можно рассчитывать? Энергоёмкость любой ветроэлектростанции всегда находится в зависимости от технических возможностей приборов вашей установки. Сейчас пройдём все этапы, создадим самодельный ветрогенератор мощностью до 1 квт. Этого вполне хватит, чтобы осветить несколько комнат, оживить холодильник, телевизор, подключить компьютер.

Как известно, ветроустановки бывают двух типов – с вертикальной осью и горизонтальной, или карусельные и лопастные. У карусельного вида ось вращения вертикальная, у лопастного — горизонтальная. Поскольку карусельная ветроустановка не требует высоты, а может работать непосредственно у поверхности на небольшой опоре, то сейчас расскажем о том, как её сделать собственными руками.

Прежде всего, запасёмся приборами, проводами, фанерой, деревянными материалами различной конфигурации, металлическими материалами (уголками, швеллером, листовым дюралюминием), болтами, гайками различной величины. К приборам относятся генератор от автомобиля, или электромотор от выброшенной стиральной машины, аккумулятор, резистор, регулятор напряжения, реле обратного тока, амперметр, предохранитель, выключатель.

Инструменты: дрель с набором свёрл, шлифовальная машина, или «болгарка» для резки металла с дисками, сварочный аппарат (может и не пригодится), набор гаечных ключей. Весь этот арсенал у мастерового человека всегда имеется.

Крыльчатка – ловец ветра

Именно с неё начнём делать нашу ветряную электростанцию. Потому что эта деталь среди всего комплекса работ самая трудоёмкая, хоть и сложного здесь ничего нет. Собственно говоря, это единственная составная часть, от начала до конца требующая её создания своими руками. Всё остальное – уже готово, только подсоединить провода, соорудить опору, укрепить установку и ждать первого дуновения ветерка. Считайте, что ветрогенератор готов к работе.

Приступаем. Вид крыльчатки, габариты всей установки видны на схеме (см. рисунок, его можно увеличить). Лопасти можно сделать из фанеры, из тонкой железной пластины, из дюралюминия, пластика. На ваш выбор. Что есть под рукой в нужном количестве, то и выбирайте. Единственное требование к результату этого этапа работы – изделие должно быть максимально лёгким, строго симметричным, чтобы при вращении не было толчков.

Схема простейшего ветрякаЕсли вы предпочли сделать четыре лопасти из тонкого железного листа, то по вертикальному краю каждой лопасти для жёсткости укрепите шестимиллиметровой проволокой, а если выбрали фанеру, то в конце изготовления тщательно пропитайте её горячей олифой.

Четыре крестовины, на которые крепятся лопасти, удобнее всего сделать из стальных полосок сечением 5 на 60 мм. Они будут служить более продолжительное время, чем деревянные. В качестве вертикальной оси электростанции надо использовать стальную трубу диаметром не менее 30 мм и длиной 2 метра. Здесь всё зависит от размера двух шарикоподшипников, под которые надо выбирать диаметр осевой трубы. В нижней части трубы прикрепите два шкива разного диаметра. Через ремень вращение будет передаваться на ветрогенератор, укреплённый рядом с установкой. Не забудьте надёжно укрыть приборы от атмосферных осадков в металлическую коробку. Можно деревянную.

Осталось сваркой приварить к оси стальные крестовины ротора, к которым прикреплены лопасти ветряка. Тщательно измерьте расстояние от оси до каждой лопасти. Оно должно быть равным. После сбора ротора покройте его масляной краской.

Изготовление станины изучите по схеме (см. рисунок). Здесь ничего сложного нет. Чтобы она была устойчива при любом напоре ветра, желательно все четыре точки соприкосновения с поверхностью залить бетоном.

При ветре до 10 м/сек и при использовании автомобильного генератора такая установка будет давать мощность 800 ватт. Не забывайте снабдить ветрогенератор мощным аккумулятором, что даст возможность более длительное время пользоваться энергией при полном безветрии.

Поскольку электростанция предназначена для работы у поверхности, значит важно выбрать место для её расположения. Оно должно быть открытым, возвышенным, ничто не должно препятствовать движению воздуха в радиусе 40-50 метров от установки.

Не гоняйтесь за призраками

Время подошло поговорить о самых выгодных генераторах, которые можно применять в ветровой энергетике. В этом разделе речь пойдёт о применении асинхронного двигателя в электростанции.

Само понятие – асинхронный означает «не совпадающий», «неодновременный». Почему получили такое название некоторые электродвигатели? Потому, что у них вращение ротора не совпадает с вращением магнитного поля статора. С помощью ветра вращается ротор генератора, при несовпадении полей образуется электроэнергия. Вот и весь принцип работы асинхронного двигателя.

Специалисты связывают минимальные затраты и высокую производительность именно с применением в ветроэнергетике асинхронных двигателей в качестве ветрогенератора. Если их сравнивать с обычными генераторами, то асинхронные двигатели намного легче, мощнее и дешевле. Им не нужен дополнительный источник питания, у них отсутствуют электрические щётки, которые часто надо менять в генераторах, работающих на постоянных магнитах.

Каков принцип работы асинхронного двигателя? Когда ротор начинает двигаться под влиянием ветра, магнитное поле воздействует на какую-либо обмотку статора. К каждому из них подключен конденсатор. Появляется еле заметный ток, заряжающий один из конденсаторов. Поскольку фаза напряжения конденсатора отстаёт, на роторе образуется магнитное поле. В свою очередь оно действует на другую обмотку, через которую её конденсатор ещё сильнее заряжается. Ротор входит в полное насыщение – ток пошёл по назначению.

На что способен ветрогенератор с применением асинхронного двигателя? При ветре 5 м/сек его мощность составляет 4000 ватт. Мощность генератора 2000 ватт. Напряжение при выходе 220 в. Если будем использовать электродвигатель на 720 об/мин, то при указанной ветровой скорости, можно получать устойчивый переменный ток постоянной частоты до 60 гц.

Такой ветрогенератор по своим преимуществам далеко ушёл от своих собратьев, работающих на постоянных магнитах. Перечислим их:

  • простота обслуживания, финансовая и техническая доступность;
  • большой срок безремонтной эксплуатации;
  • способность давать устойчивый переменный ток;
  • относительно высокая мощность при низкой себестоимости.

И последняя информация на эту тему. Какому генератору отдать предпочтение при установке ветровой электростанции – синхронному, или асинхронному? Мы скажем о их различии, а вам выбирать.

Главнейшее преимущество синхронных генераторов – устойчивая стабильность напряжения, а недостаток – наличие щёток, которые время от времени требуют замены. Асинхронный довольно простой в эксплуатации, не подвержен коротким замыканиям.

Так стоит ли гоняться за призраками, выдумывать велосипеды в стиле луноходов, когда есть испытанный асинхронный двигатель, который легко сделать самому из любого автомобильного генератора и успешно применить его в изготовлении ветряной электростанции. Почему из автомобильного? Он бывает довольно мощным, выносливым, неприхотливым. Имеет удобный шкив для ремня с клинообразным профилем, что предотвращает от соскальзывания.

Автомобильный генератор – отличный агрегат для приспособления его к работе ветряка. Его нетрудно найти в любом гараже, автосервисе, да и в магазине он стоит дешевле.

Для умельцев с богатым опытом есть над чем подумать, чтобы превратить автомобильный синхронный генератор в асинхронный и применить его для ветряной электростанции.

В.Ильин

Мощность генератора надо согласовывать с размерами ветроколеса:

Ветряк: электроэнергия из воздуха своими руками | ENARGYS.RU

Многие умельцы, особенно живущие в сельской местности, привлекают на свою службу возобновляемые источники энергии, а именно ветровые электроустановки.

Покупка промышленной ветрогенераторной установки выльется в довольно ощутимую копеечку, поэтому используя старую технику можно создать довольно приличный ветрогенератор.

Основная проблема заключается в получении номинальных электрических параметров, для этого устройство должно обладать высокой скоростью вращения.

Как сделать ветряк своими руками

В качестве генератора для ветряка своими руками используется отслуживший свой срок, генератор от сельскохозяйственной техники: с комбайна, трактора, автомобиля, скорость вращения в этих генераторах будет от 3 до 7 тыс. об/мин.

На практике оказывается, что ветроколесо роторного типа вертикального расположения может развить скорость примерно 60 об/мин, горизонтальное расположение вентиляторного трехлопастного колеса с горизонтальным расположением при скорости ветра достигает 300 об/мин.

Для того чтобы как сделать ветряк своими руками и достичь эффективной работы генератора рекомендуется применить мультипликатор (редуктор), существует несколько нюансов по применению редукторов.

  1. Часть ветровой энергии уходит на потери в самом редукторе, поэтому его КПД не превышает 40%.
  2. Для повышения скорости вращения генератора, повышается крутящий момент, чтобы это сделать надо повысить скорость выходного вала, добавив шестерни, что чревато понижением крутящего момента.

Формула этой зависимости выглядит так: Мв = К*(Ммс), где:
К – передаточное число;
Мс – момент сопротивления;
Мм – момент мультипликатора.

Из этой формулы следует что идеальным будет отсутствие мультипликатора. К сожалению, при изготовлении ветрогенератора своими руками от него невозможно отказаться.

Для мощного ветряка, сделанного своими руками, в качестве генератора также можно применить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (Рн = 5,5 кВт; n = 960 об/мин; Uн = 380/220 В).

Для мультипликатора можно взять редуктор от автомобиля, станка и т. д. главное, чтобы передаточное число (К) редуктора было = 5.

Лопасти ветрогенератора изготавливаются из стальной трубы, разрезанной по вдоль на четыре части, можно использовать самодельный профиль из пропитанной эпоксидной смолойстеклоткани, идеальны боковые вертолетные лопасти от МИ-24.

Рис № 1. Вертикальный ветряк своими руками, чертеж.

Для того чтобы асинхронный двигатель заработал в генераторном режиме, раскрутим двигатель до появления на его обмотках ЭДС. Затем необходимо поднять амплитуду фазного напряжения до 310 В при помощи резонансного явления, для этого к фазным обмоткам подключим конденсаторы, емкость конденсатора определяется по формуле С = 1/98696 х Lф, где Lф – индуктивность фазной обмотки, двигатель с вышеперечисленными характеристиками Lф – 120 мГн подставляем в формулу и получаем С = 1/98696 х 0,12 = 84мкФ, можно использовать конденсатор на 100 мКф.

Конденсатор можно использовать типа КБГ-МН или других типов, но с напряжением до 400 В, конденсаторную батарею лучше поместить в изолированный корпус.

Рис №2. Внешний вид простейшего ветрогенератора с применением асинхронного двигателя.

Преимущества генератора для ветряка своими руками, построенного на основе асинхронного двигателя:

  1. Невысокий клифактор (коэффициент гармоник) он не более 2%, что обуславливает высокий КПД и выработку только полезной энергии.
  2. Отсутствие вращающихся обмоток и чувствительных к воздействию извне электронных деталей.
  3. Длительный срок службы.
  4. Выходное значение напряжения 220/380 В благодаря этому, нагрузку можно подключить напрямую от устройства, исключив инвертор.
  5. Асинхронный генератор лучше защищен от влаги и загрязнений, имеет лучшую защиту от токов короткого замыкания и перегрузкам.

Рис №3. Схема подключения.

Максимальная простота и надежность устройства ветряка для дома своими руками достигается за счет размещения вала ветрового двигателя напрямую с валом генератора, а скорость вращения не должна превышать 120 – 150 об/мин при этом желательно чтобы не было тормозящих и стабилизирующих скорость вращения устройств и обмоток возбуждения.

Кроме, использования асинхронного двигателя в прямом качестве его можно переделать и применить в качестве турбины на его базе, в этом случае ротор двигателя растачивается. Электродвигатель марки АИР71А4, Р – 0,55Квт на 1360 об/мин с 4 полюсами, 3-х фазный, имеющий ротор с Ø 66.7 мм после проточки становиться 56 мм, на каждый полюс наклеиваются магниты по 40 штук, ротор герметизируется и заливается эпоксидной смолой.

Рис №4. Внешней вид расточенного ротора асинхронного двигателя с наклеенными магнитами.

Накопление энергии производится при помощи аккумуляторных батарей и инверторами под контролем электронных коммутаторов.

При изготовлении вертикального ветряка своими руками желательно использовать подпружиненные упоры лопастей, которые смогут противодействовать ураганному ветру, то есть просто станут по ветру, без создания сопротивления. По окончании урагана надо будет только провернуть вал ветродвигателя до момента вращения лопастей под воздействием ветра.

Рис №5. Схема соединений и порядок сборки вертикального ветрогенератора.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о