1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ветрогенератор с генератором без магнитного залипания

Как уменьшить залипания в генераторе на постоянных магнитах

Трехфазная классическая система позволяет использовать в 1,5 раза меньше магнитных полюсов, и только половина из них в определенные моменты становится на против зубов статора. Таким образом если статор состоит из 36 зубов, и намотано 36 катушек, то однофазный вариант должен иметь 36 магнитных полюсов. Притяжение одного неодимового магнита к примеру 100гр, значит чтобы стронуть однофазный генератор понадобится приложить усилие 3,6 килограмм.

Если генератор трехфазный, то количество магнитных полюсов 24 при 36 катушек, и так-как магниты распологаются на роторе через равные промежутки, то в определенные моменты только 12 магнитов становятся напротив зубов статора. Здесь уже получается что чтобы стронуть ротор с места надо приложить усилие 1,2 кг. Как видно разница по залипаниям в сравнении с однофазным генератором меньше в три раза.

Но часто из-за использования мощных неодимовых магнитов залипание получается очень большое и чтобы его снизить магниты располагают под скосом относительно зубов статора. Величину скоса опрпделяет расстояние зуб+паз статора. К примеру если ширина зуба 10мм, а паз 5 мм, то зуб+паз равно 15 мм, на это рассточние делается скос магнитов. Как измерить величину залипания можно почитать здесь Измерения момента страгивания генератора

Скос магнитов

К примеру делая скос магнитов на роторе автогенератора я потерял половину мощности, при не значительном снижении залипания. А вот асинхронные двигатели часто делают со скосом, где залипание существенно снижается при незначительной потери в мощности генератора, порядка 10-15%.

Так-же на скос влияют и размеры магнитов по отношению к размерам зубам статора. К примеру если генератор с неявнополюсной обмоткой, например статор имеет 36 зубов, но намотано 12 катушек, по три на фазу, то здесь используется шестиполюсной ротор. Значит магнитные полюса гораздо больше по площади чем зубы статора, и перекрываают сразу несколько зубов статора. Так-как магнит перекрывает несколько полюсов, то его сила притяжения как-бы размазывается на несколько зубов, и момент страгивария уменьшается.

Сдвиг магнитов

Скос и сдвиг вместе

Многофазные генераторы

В этом случае с большим количеством фаз, в данном случае 16, количество магнитов на роторе 22, и только два магнита из которых в определенные моменты становятся на против зубов, а остольные гдето между, и взаимно компенсируют силы притяжения к зубам, так-как шаг магнитов не соответствует шагу зубов и расстояние всегда разное.

Для сравнения возьмем три одикаковые генератора, но один однофазный, другой трехфазный, а третий многофазный и проанализируем их залипания. Во всех случаях намотано 36 катушек, но на роторе однофазного генератора 36 магнитов, и так получается что они в определенные моменты все становятся на против зубов статора образуя одно большое залипарие равное силе 36 магнитов. К примеру если сила притяжения одного магнита равна 100 гр, то 36 магнитов дадут залипание 3,6 кг.

Трехфазный генератор будет иметь 24 магнита, из которых только 12 магнитов в определенные моменты будет вставать ровно на против зубов. Залипание получается трехфазного в три раза меньше однофазного и составляет в данном случае 1,2 кг.

Многофазный генератор, в данном случае 36 катушек по две на фазу, получается 18 фаз которые потом можно соединять как угодно. Магнитов здесь можно использовать разное число, но оно должно быть четным и не менее 4 чтобы фазы работали. К примеру возьмем для многофазного количество магнитов 30, при этом количистве магнитов всегда только два магнита попадают напротив зубов статора, а остольные гдето между зубов. Общее залипание всего 200 рамм, разница с трехфазным в 10 раз, а с однофазным в 30 раз. Цифры разницы просто огромные.

Минус многофазных генераторов в большом количестве выпрямительных мостов, на которых тоже теряется мощность генератора, а так-же удорожание конструкции в сязи с этими выпрямительными мостами, которых для вышеописанного многофазника надо 6 шт.полумостов если соединять в шесть звезд или треугольников, или если фазы выпрямлять по отдельности, то выпрямительных мостов надо 18 шт.

Нестандартная обмотка трехфазного генератора

Количество полюсов может быть любым, но обмотка генератора трехфазная, и чтобы вся система работала, катушки каждой фазы наматывают на разных зубах и в разных направлениях. Такой подход избавляет от залипаний и при этом нет необходимости мотать многофазные генераторы и ставить много диодных мостов для выпрямления фаз.

Количество полюсов выбирают так, чтобы наибольший общий делитель был как можно меньше. Например если брать схему 24/36, то наибольший общий делитеть равен 12, получается что 12 магнитов будут одновременно залипать, а если взять 26 магнитов/ 36 зубов, то общий наибольший делитель равен 2.

Для примера порядок намотки классического трехфазного генератора на 24 магнита и 36 катушек, и трехфазного генератора на 28 магнитов 36 катушек. Катушки фаз мотаются начиная с первого зуба, А-первая фаза, B-вторая фаза, C-третья фаза. Размер букв соотаетствует направлению намотки, бльшая буква например надо мотать в лево, а маленькая на право, или наоборот, тут как начнете мотать статор, направление намотки разное.

Как видно во втором случае в отличие от классической намотки катушки фаз мотаются не только на разные зубы, но и в разных направлениях. Такая схема намотки имеет небольшие потери и нормальную синусойду, и ни чем не отличается от классической схемы, но дает возможность применять любое количество полюсов на роторе.

Расчет намотки катушек можно получить для любого количества полюсов и катушек, этот калькулятор считает порядок намотки катушек в зависимости от количества полюсов. В поле Teeth: вводите количество катушек, а в поле Poles: количество полюсов, и получаете схему намотки статора в три фазы.

Читать еще:  Расчет плитки для ванной комнаты без специальных программ

Вот навено все мне известные способы борьбы с залипанием магнитов при изготовлении самодельных генераторов. Вообще залипарие , точнее его виличина напрямую влияет на старт винта на определенном ветре. Чем ниже залипание, тем легче винту стартовать на более низком ветре, а очень часто трудно в погоне за мощностью генератора впихнуть мощные магниты и при этом снизить залипание чтобы быстроходные винты стартовали на малом ветру.

Ветрогенератор с генератором без магнитного залипания

А теперь немного истории, и все по порядку:

Построить ветряк – моя давнишняя мечта, но было много препятствий. То жил в городской квартире, а дачи не было. То переезды из одного города в другой, потом в третий. В Светловодске я живу последние 18 лет. Здесь есть все условия – частный коттедж на две семьи, 5 соток огорода и столько же сада. С востока и юга открытая местность, с севера и запада рельеф выше моего. Ветры не балуют, т.е. не очень сильные. Ну, думаю, здесь я построю ветряк для души.

Но когда занялся вплотную, оказалось все не так просто. Литературы подходящей не нашел. Долго не мог определиться с генератором, не знал, как правильно изготовить лопасти, какой редуктор применить, как защитить от урагана и т.п. Как говорится, варился в собственном соку. Но знал, что если очень хочется, то все получится. Неспеша делал мачту. На чермете подбирал подходящие куски труб, начиная с диаметра 325 мм по 1,5 м длиною (чтобы помещалась в багажнике моей машины). Взамен сдавал металлолом. Получилась мачта длиной 12м. Для фундамента привез бракованный фундаментный блок от высоковольтной опоры. Закопал его на 2метра в землю и 1м остался над землей. Затем обварил его двумя поясами из уголка, к ним приварил кронштейны. На концы кронштейнов к анкерным болтам приварил «пластинки» из 16мм железа размером 50 х 50 см, соединенных между собой мощными петлями. Купил на рынке мягкие 10 мм тросы и талрепы, все анодированное, не ржавеет. Сварил и закопал анкер под съемную лебедку. Лебедку тоже пришлось делать самодельную, используя готовый червячный редуктор. Кроме того, установил П-образную подпорку высотой около 2м, на которую должна ложиться мачта. Так как спешить было некуда – мачта делалась без спешки и поэтому получилась, на мой взгляд, красивая и надежная.

Решил построить действующую уменьшенную модель, чтобы выдавала до 1 ампера на 12-вольтовый аккумулятор.

Для изготовления ротора купил 24 шт. дисковых неодимовых магнита 20х5 мм. Нашел ступицу от колеса мотоблока, токарь по моим чертежам выточил два стальных диска диаметром по 105мм и толщиной 5мм, распорную втулку толщиной 15мм и вал. На диски наклеил и до половины залил эпоксидкой магниты по 12 шт на каждый, чередуя их полярность.

Для изготовления статора намотал 12 катушек эмальпроволокой диаметром 0,5мм по 60 витков на катушку (взял проволоку с петли размагничивания старого негодного цветного кинескопа, там его достаточно). Распаял катушки последовательно конец с концом, начало с началом и т.д. Получилась одна фаза (боялся, что будет маловато напряжения). Выпилил из 4 мм фанеры форму, натер ее воском.

Жаль, вся форма в сборе не сохранилась. На нижнее основание положил вощеную бумагу (спер в жены на кухне, она выпечку на ней делает), на нее наложил форму с круглячком в центре. Потом вырезал со стеклоткани два кружка. Один постелил на вощеную бумагу нижнего основания формы. На него выложил распаянные между собой катушки. Выводы из многожильного изолированного провода проложил в выпиленные ножовкой неглубокие пазы. Залил все это эпоксидкой. Подождал около часа, чтобы пузырьки воздуха все вышли, и эпоксидка разлилась равномерно по всей форме и пропитала катушки, долил, где надо, и накрыл вторым кружком стеклоткани. Сверху положил второй лист вощеной бумаги и прижал верхним основанием (куском ДСП). Главное, чтобы оба основания были строго плоскими. Утром разъединил форму и извлек красивый прозрачный статор толщиной 4мм.

Жаль, что для более мощного ветряка эпоксидка не годится, т.к. боится высокой температуры.

В ступицу вставил 2 подшипника, в них вал со шпонкой, на вал первый диск ротора с наклеенными и залитыми до половины эпоксидкой магнитами, потом распорную втулку толщиной 15мм. Толщина статора с залитыми катушками 4мм, толщина магнитов 5мм, итого 5+4+5=14мм. На дисках ротора оставлены бортики на краях по 0,5мм чтобы упирались магниты при центробежной силе (на всякий случай). Поэтому отнимем 1мм. Осталось 13мм. На зазоры остается по 1мм. Поэтому распорка 15мм. Потом статор (прозрачный диск с катушками), который крепится к ступице тремя медными 5 мм болтами, их видно на фото. После ставится второй диск ротора, который упирается в распорную втулку. Нужно остерегаться, чтобы палец не попал под магниты – очень больно защемляют. (Противоположные магниты на дисках должны иметь разную полярность, т.е. притягиваться.)

Зазоры между магнитами и статором регулируются медными гайками, размещенными на медных болтах по обе стороны ступицы.

На оставшуюся выступающую часть вала со шпонкой одевается пропеллер, который через шайбу (а если нужно то и втулку) и гровер прижимается гайкой к ротору. Гайку желательно закрыть обтекателем (я его так и не сделал).

Зато сделал крышу-козырек над ротором и статором, распилив алюминиевую кастрюльку так, чтобы захватить часть донышка и часть боковой стенки.

Пропеллер изготовил из метрового куска дюралевой поливной трубы диаметром 220 мм с толщиной стенки 2,5мм.

Просто на ней нарисовал двухлопастный пропеллер и выпилил электролобзиком. (Из этого же куска я еще выпилил три лопасти длиной по 1м для ветряка на автогенераторе, и еще как видите осталось). Переднюю кромку лопастей я заокруглил «на глаз» радиусом, равным половине толщины дюрали, а зднюю заострил с фаской приблизительно 1см на концах и до 3см к центру.

В центре пропеллера сначала просверлил отверстие 1мм сверлом для балансировки. Балансировать можно прямо на сверле, положив дрель на стол, или подвесить на нить к потолку. Балансировать нужно очень тщательно. Я отдельно балансировал диски ротора и отдельно пропеллер. Ведь обороты доходят до 1500 об/мин.

Читать еще:  Как убрать клей с рук: проверенные способы

Так как магнитное залипание отсутствует, пропеллер весело вращается от малейшего ветерка, которого на земле даже не ощущаешь. При рабочем ветре развивает высокие обороты, у меня амперметр на 2А прямого включения, так он часто зашкаливает на 12 вольтовый старый автомобильный аккумулятор. Правда при этом начинает складываться и подниматься вверх хвост, т.е. срабатывает автоматическая защита от сильного ветра и чрезмерных оборотов.

Защита выполнена на основе наклонной оси вращения хвоста.

Отклонение оси составляет 18-20 градусов от вертикали.

Отработал этот ветрячок у меня 3 месяца. Снял, разобрал – подшипники в порядке, статор тоже цел. Немного приржавели магниты в тех местах, где не попала краска. Кабель идет напрямую без токосъемника. Он у меня есть сделанный, но я передумал его ставить. Когда демонтировал малый ветрячек — он небыл перекручен. Так что я убедился — он не нужен, только лишние хлопоты. Выдавал он до 30 ватт мощности. Шум от пропеллера при закрытых окнах не слышен. А при открытых не сильно слышно, если здоровый сон, то не разбудит, тем более на фоне шумов самого ветра.

Как сделать аксиальный ветрогенератор

Эта статья посвящена созданию аксиального ветрогенератора на неодимовых магнитах со статорами без металла. Ветряки подобной конструкции стали особенно популярны из-за растущей доступности неодимовых магнитов.

Материалы и инструменты использованные для постройки ветряка этой модели:

1) ступица от автомобиля с тормозными дисками.
2) дрель с металлической щеткой.
3) 20 неодимовых магнитов размером 25 на 8 мм.
4) эпоксидная смола
5) мастика
6) труба ПВХ 160 мм диаметром
7) ручная лебедка
8) труба металлическая длинной 6 метров

Рассмотрим основные этапы постройки ветряка.

За основу генератора была взята ступица автомобиля с тормозным диском. Так как основная деталь заводского производства, то это послужит гарантом качества и надежности. Ступица была полностью разобрана, подшипники находящиеся в ней были проверены на целостность и смазаны. Так как ступица была снята со старого автомобиля, то ржавчину пришлось зачистить с помощью щетки, которую автор насадил на дрель.
Ниже предоставлена фотография ступицы.

Затем автор приступил к установке магнитов на диски ротора. Было использовано 20 магнитов. Причем важно заметить, что для однофазного генератора количество задействованных магнитов равно количеству полюсов, для двухфазного соотношение будет три к двум или четыре полюса к трем катушкам. Магниты следует крепить на диски с чередованием полюсов. Для соблюдения точности необходимо сделать шаблон размещения на бумаге, либо начертить линии секторов прямо на самом диске.

Рассмотрим основные отличия конструкции однофазного и трехфазного генераторов.
Однофазный генератор будет давать вибрацию при нагрузках, что будет отражаться на мощности самого генератора. Трехфазная конструкция лишена подобного недостатка благодаря чему, мощность постоянна в любой момент времени. Это происходит потому, что фазы компенсируют потерю тока друг в друге. По скромным расчетам автора трехфазная конструкция превосходит однофазную на целых 50 процентов. К тому же из-за отсутствия вибраций мачта не будет дополнительно раскачиваться,следовательно не будет дополнительного шума при работе ротора.

При расчете зарядки 12-ого аккумулятора, которая будет начинаться на 100-150 оборотах в минуту, автор сделал по 1000-1200 витков в катушках. При намотке катушек автор использовал максимально допустимую толщину проволоки, чтобы избежать сопротивления.
Для наматывания проволоки на катушки автор соорудил самодельный станок, фотографии которого представлены ниже.

Лучше использовать катушки эллипсоидной формы, что позволит большей плотности магнитных полей их пересекать. Внутреннее отверстие катушки стоит делать по диаметру магнита либо больше него. В случае, если делать их меньше, то лобовые части практически не участвуют в выработке электроэнергии, а служат проводниками.

Толщина самого статора должна равняться толщине магнитов, которые задействованы в установке.

Форму для статора можно сделать из фанеры, хотя автор решил этот вопрос иначе. Был нарисован шаблон на бумаге, а затем сделаны борта при помощи мастики. Так же для прочности была использована стеклоткань. Для того, чтобы эпоксидная смола не прилипла к форме, ее необходимо смазать воском или вазелином, или можно использовать скотч, пленку, которую в последствии можно будет отодрать от готовой формы.

Перед заливкой катушки необходимо точно закрепить, а их концы вывести за пределы формы, чтобы затем соединить провода звездой или треугольником.

После того, как основная часть генератора была собрана, автор измерил протестировал его работу. При ручном вращении генератор вырабатывает напряжение в 40 вольт и силу тока в 10 ампер.

Для поднятия мачты используется ручная лебедка.
Сам винт для генератора был сделан из трубы ПВХ диаметром 160 мм.

После установки и испытаний генератора в стандартных условиях автор сделал следующие наблюдения: мощность генератора доходит до 300 ватт при ветре в 8 метров в секунду. В последующем увеличил мощность генератора за счет металлических сердечников установленных в катушки. Винт стартует уже при двух метрах в секунду.

Дальше автор приступил к совершенствованию конструкции в целях увеличения мощности генератора. Были набраны магнитопроводы из пластин, которые в последствии были установлены в конструкцию. Из-за их установки появился эффект залипания, но не очень сильный. Старт работы винта происходит при скорости ветра около двух метров в секунду.

Таким образом установка металлических сердечников увеличила мощность генератора до 500 ватт при ветре в 8 метров в секунду.
Для защиты от сильных ветров была использована классическая схема увода винта складывающимся хвостом.

В среднем генератор способен вырабатывать до 150 ватт энергии в час, которая идет на зарядку аккумуляторов.
Источник

Делаем ветрогенератор на неодимовых магнитах

Аксиальный ветрогенератор, который работает на неодимовых магнитах, впервые начали массово изготавливать в странах Запада. И это были вовсе не заводские изделия, а плод труда местных гаражных мастеров, поставивших себе на службу явление левитации. Серьезной популярности именно такие модели ветряка обязаны массовому распространению и дешевизне неодимовых магнитов. Постепенно комплектующие и схемы изготовления стали распространятся по всему миру и в настоящее время магнитный аксиальный ветрогенератор завоевывает признание на просторах Российской Федерации. Ниже описана последовательность создания одной из самых удачных моделей такого ветряка.

Читать еще:  Простая технология заливки бетонного пола

Процесс создания ротора

Основой генератора автор разработки решил сделать ступицу автомобиля с дисками тормоза, поскольку она мощная, надежная и идеально сбалансированная. Начав делать ветряк своими руками, в первую очередь следует подготовить основу для ротора — ступицу, — почистить ее от грязи, краски и смазки. После чего приступить к наклейке постоянных магнитов. Для создания данного ветрогенератора, их было использовано по двадцать штук на диске. Размер неодимовых магнитов составил 25х8 миллиметров. Однако, и их количество, и их размер могут варьировать в зависимости от целей и задач человека, своими собственными руками создающего ветрогенератор. Однако всегда будет правильным, для получения одной фазы, равенство количества полюсов числу неодимовых магнитов, а для трех фаз — выдержка соотношений полюсов и катушек — два к трем или три к четырем.

Магниты следует располагать учитывая чередование полюсов, к тому же максимально точно, но прежде, чем приступить к их наклейке, нужно либо создать бумажный шаблон, либо прочертить линии, делящие диск на сектора. Чтобы не перепутать полюса, делаем отметки на магнитах. Главное — выполняем следующее требование — те магниты, которые стоят напротив друг друга, должны быть повернуты разными полюсами, то есть притягиваться.

Магниты приклеиваются к дискам при помощи супер-клея и заливаются. Также нужно сделать бордюрчики по краям дисков и в их центре, либо намотав скотча, либо вылепив из пластилина для недопущения растекания.

Фазы — что лучше — три или одна?

Многие любители электрической техники идут по пути наименьшего сопротивления и, чтобы не заморачиваться, останавливают свой выбор на однофазном статоре для ветряка. Однако у него имеется одна неприятная особенность, нивелирующая простоту сборки, — это вибрация в нагруженном состоянии, по причине непостоянства отдачи тока. Ведь амплитуда такого статора скачкообразна, — достигая максимума, когда неодимовые магниты располагаются над катушками, а после падая до минимума.

А вот, когда генератор сделан по трехфазной системе, то вибрации отсутствуют, и показатель мощности ветряка имеет постоянное значение. Причина такого отличия заключается в том, что ток, падая в одной фазе, в то же время нарастает в другой. И в итоге, ветрогенератор, работающий в трехфазной системе, может быть более эффективным до 50 %, чем точно такой же, но использующий однофазную систему. И главное, — нагруженный трехфазный генератор не дает вибрации, следовательно, мачта не дает повода для жалоб на ветрогенератор в надзирающие органы недоброжелателям из числа соседей, поскольку не создает надоедливого гула.

Способ намотки катушки статора ветряка

Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.

Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.

Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.

Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.

Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.

Мачта для ветрогенератора

Мачту на которой будет расположен данный генератор, можно делать высотой от 6 и выше метров, чем выше, тем больше скорость ветра. Под нее следует вырыть яму и залить основание из бетона, а трубу укрепить таким образом, чтобы магнитный аксиальный ветрогенератор, сделанный своими руками, можно было опускать и поднимать. Делать это можно при помощи механической тали.

Винт ветряка

Его делают из поливинилхлоридных труб, чей оптимальный для этого диаметр — 160 мм. К примеру, ветрогенератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в два метра и шестью лопастями, при скорости ветра в 8 метров за секунду, способен обеспечить мощность до 300 Вт.

Как повысить мощность ветряка?

Для подъема мощности ветрогенератора можно использовать магниты. Попросту на магниты, которые уже установлены наклеить еще по одному такому же или более тонкому. Другой способ основан на установке в катушки металлических сердечников, — пластин трансформатора. Это обеспечит усиление магнитопотока в катушке, однако вызывает небольшое залипание, которое, впрочем, совершенно не ощущается шестилопастным винтом. Стартует такой ветрогенератор при ветре в 2 м/с. Благодаря применению сердечников генератор получил увеличение мощности с 300 до 500 Вт/ч при ветре в 8 м/с. Также следует уделять внимание форме лопастей, — малейшие неточности снижают мощность.


Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector