Авиационные генераторы переменного тона. Вертикальный ветрогенератор своими руками

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

• Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
• Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального : если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Расчет лопастного ветрогенератора

Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.

Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V ³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³ ))

Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.

Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.

Ветрогенератор, изготовленный из автомобильного генератора, может помочь в ситуации, когда в частном доме нет возможности подключения к линии электропередачи. Либо послужит вспомогательным источником альтернативной энергии. Такое устройство можно сделать своими руками из подручных материалов, используя наработки народных умельцев. Фото и видео продемонстрируют процесс создания самодельной ветровой установки.

Конструкция ветрогенератора

Существует огромное видовое разнообразие ветрогенераторов и чертежей их изготовления. Но любая конструкция включает в себя следующие обязательные элементы:

• генератор;
• лопасти;
• накопительная батарея;
• мачта;
• электронный блок.

Обладая некоторыми навыками, можно смастерить ветрогенератор своими руками

Кроме этого, необходимо заранее продумать систему управления и распределения электроэнергии, начертить схему монтажа.

Ветровое колесо

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

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

Лопасти для ветрового колеса

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

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

Схема сборки генератора

Мачта

Для изготовления мачты подойдёт старая водопроводная труба диаметром не менее 15 см, длиной около 7 м. Если в пределах 30 м от предполагаемого места монтажа есть постройки, то высоту конструкции корректируют в сторону увеличения. Для эффективной работы ветроустановки лопастник поднимают выше препятствия минимум на 1 м.

Основание мачты и колышки для закрепления растяжек бетонируют. К кольям приваривают хомуты с болтами. Для растяжек применяют оцинкованный 6 мм трос.

Совет. Собранная мачта обладает немалым весом, при ручной установке понадобится противовес из трубы с грузом.

Переделка генератора

Для изготовления генератора ветряка подойдёт генератор от любого автомобиля. Их конструкции схожи между собой, а переделка сводится к перемотке провода статора и изготовлению ротора на неодимовых магнитах. В полюсах ротора высверливаются отверстия для фиксации магнитов. Устанавливают их, чередуя полюса. Ротор оборачивают бумагой, а пустоты между магнитами заливают эпоксидной смолой.

Автомобильный генератор

Таким же способом можно переделать двигатель от старой стиральной машины. Только магниты в этом случае во избежание залипания наклеивают под углом.

Новую обмотку перематывают по катушке на зуб статора. Можно сделать всыпную обмотку, это как кому удобно. Чем больше количество витков, тем эффективнее получится генератор. Мотают катушки в одном направлении по трёхфазной схеме.

Готовый генератор стоит опробовать и измерить данные. Если при 300 оборотах генератор выдаёт порядка 30 вольт, это хороший результат.

Генератор для ветряка из автомобильного генератора

Финальная сборка

Раму генератора сваривают из профильной трубы. Хвост изготавливают из оцинкованной жести. Поворотная ось представляет собой трубку с двумя подшипниками. Генератор крепят к мачте таким образом, чтобы расстояние от лопасти до мачты было не менее 25 см. В целях безопасности для финальной сборки и монтажа мачты стоит выбрать безветренный день. Лопасти под действием сильного ветра могут изогнуться и разбиться о мачту.

Чтобы использовать аккумуляторы для питания техники, которая работает от сети 220 В, потребуется установить инвертор преобразования напряжения. Ёмкость батареи подбирается индивидуально к ветрогенератору. Этот показатель зависит от скорости ветра на местности, мощности подключаемой техники и частоты пользования ею.

Устройство ветрогенератора

Чтобы батарея не вышла из строя от чрезмерной зарядки, понадобится контроллер напряжения. Его можно изготовить самостоятельно, если обладаете достаточными знаниями в электронике, или купить готовый. В продаже имеется множество контролеров для механизмов получения альтернативной энергии.

Совет. Чтобы лопастник не сломался при сильном ветре, устанавливают простое устройство – защитный флюгер.

Обслуживание ветрогенератора

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

Схема работы ветрогенератора

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

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

Генератор для ветряка своими руками: видео

Ветрогенератор для частного дома: фото

На самолетах и вертолетах в качестве источников перемен­ного тока применяют, кроме электромагнитных преобразователей, синхронные генераторы серии СГС (синхронный генератор само­летный) и серии СГО (синхронный генератор однофазный). На

рис. 17 приведена схема однофазного генератора переменного тока.

Принцип действия синхронного генератора основан также на использовании законов электродинамики.

Вокруг оси вращается двухполюсный постоянный магнит, охваченный неподвиж­ным витком. В активных сто­ронах по закону электромаг­нитной индукции (правило правой руки) будет наводить­ся переменная э. д. с., ампли­туда которой пропорциональна магнитной индукции В, дли­не / и скорости v перемещения проводника, Т. е. Етах = Blv. Причем, э. д. с. в проводни­ках, расположенных на проти­воположных сторонах витка, складываются. Результирую­щая э. д. с. будет изменяться во времени с периодом

Т = сек, (1.2)

где п - скорость вращения магнита, об/мин.

Следовательно, с концов не­подвижного витка можно сни­мать переменный ток часто­той

f = ~Т = ~т, сек-

В общем случае, когда число пар не 1, а р, то частота переменного тока

В практике для увеличения э. д. с. и тока вместо постоянных магнитов используют электромагниты, обмотки которых называют­ся обмотками возбуждения. Обычно они размещаются па вращающейся части - роторе и питаются постоянным током, который подводится с помощью щетки и колец.

Обмотки переменного тока (однофазные или трехфазные) укладываются на неподвижной части - статоре.

Наиболее распространены трехфазные синхронные машины, в которых векторы соседних фаз сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов. Это достигается соответству­ющим пространственным размещением трех обмоток статора,

как показано на схеме (рис. 18).

В зависимости от спо­соба питания обмоток воз­буждения различают генера­торы с независимым возбуж­дением и с самовозбужде­нием.

В генераторах с не­зависимым возбуж­дением обмотка возбуж­дения питается постоянным током от сети (рис. 19) или от возбудителя (рис. 20) генератора постоянного тока параллельного возбуждения, находящегося на одном валу с синхронным генератором.

В генераторах с самовозбуждением обмотка воз­буждения питается постоянным током (рис. 21), который получа­ется за счет выпрямления обычно полупроводниковыми выпрями­телями переменного тока генератора.

Для самовозбуждения синхронного генератора необходимо вы­полнение трех условий:

магнитная система машины должна обладать остаточным на­магничиванием;

ток в обмотке должен создавать поток такого направления, ко­торый совпадал бы с потоком остаточного намагничивания;

сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше опре­деленного значения.

Привод генераторов переменного тока осуществляется сле­дующими способами:

непосредственный привод от вала авиадвигателя;

привод от вала авиадвигателя через муфту постоянной скоро­сти вращения;

привод от вспомогательного воздушнотурбинного двигателя, питаемого воздухом от компрессора авиадвигателя (турбопривод);

привод от автономного газотурбинного двигателя (газотурбин­ный привод).

При непосредственном приводе от вала авиадвигателя в связи с изменением скорости вращения генератора изменяется частота переменного тока. В этом случае напряжение стабилизируется с помощью угольных регуляторов (как в генераторах постоянного тока - воздействием на ток возбуждения). Частота не стабилизи­руется, поэтому к генератору подключают лишь те потребители, работа которых не зависит от изменения частоты переменного тока.

В приводе вала от авиадвигателя через муфту постоянной ско­рости вращения, находящейся между ведущим и ведомым валами, изменением передаточного числа между валами обеспечивается постоянство скорости вращения генератора. В качестве муфты используются гидравлические, механические и электромагнитные устройства.

В турбоприводе воздух от компрессора авиадвигателя подает­ся на вход воздушной турбины, проходит через сопловой аппарат, турбинное колесо и выбрасывается в атмосферу. Скорость враще­ния турбины, которая через редуктор подается на генератор, регу­лируется изменением проходного сечения сопла.

Газотурбинный привод обеспечивает работу генераторов при неработающих авиадвигателях. От одного газотурбинного двигате­ля могут получать вращение сразу несколько генераторов.

Все три последние приводы позволяют стабилизировать часто­ту переменного тока, что необходимо для осуществления парал­лельной работы синхронных генераторов.

Устройство авиационных синхронных гене­раторов. Синхронные генераторы, устанавливаемые на самоле­тах и вертолетах, имеют закрытое исполнение, фланцевое крепле­ние и охлаждаются воздухом, продуваемым через внутреннюю по­лость генератора.

В зависимости от места расположения обмотки возбуждения генераторы бывают нормальной и обращен но й конструкции. Под нормальной конструкцией генератора пони­мают такую, когда обмотка возбуждения размещается на роторе, а обмотка переменного тока - на статоре генератора. В генера­торах обращенной конструкции обмотка возбуждения расположе­на на статоре, а обмотка переменного тока - на роторе.

На рнс. 22 изображена схема генератора СГО 8 (обращенной конструкции).

Начала трех фаз обмотки переменного тока выведены через контактные кольца на клеммную коробку (клеммы Cl, С2, СЗ). К клеммам Uі, £/2, соединенным с обмоткой возбуждения генера­тора, подводится напряжение постоянного тока. Катушки обмотки возбуждения расположены на полюсах статора.

На самолетах и вертолетах трехфазные синхронные генераторы часто используются для получения однофазного переменного тока, напряжение которого снимается с двух клемм. Например, с клемм С1 и С2 или с С2 и С5 и т. д