Как сделать катушки для генератора
Здравствуйте, мне часто пишут по поводу того как лучше делать аксиальный дисковый генератор, сколько магнитов должно быть и сколько катушек. Спрашивают каким проводом нужно мотать катушки, и по сколько витков. Спрашивают про соотношение магнитов к катушкам, и про то как соединять катушки между собой. Вот на эти вопросы я постараюсь ответить сопровождая их рисунками.
Общие правила построения аксиального генератора
1.Расстояние между магнитов по кругу на дисках должно быть равно их ширине, но чем плотнее тем лучше, идеально если магниты будут почти вплотную друг к другу. Ниже я более подробно описал, если не можете определится делайте расстояние равным ширине магнитов, работать будет как у всех.
2. Круглые магниты, квадратные, или прямоугольные, по сути не важно, это потом отразится на форме катушек. Для первого варианта проще круглые магниты и катушки.
3.Толщина дисков должна быть равна толщине магнитов, или немного тоньше.
4.Количество витков в катушках для 12V АКБ по 60 витков, для 24V ВКБ по 90 витков.
5.Толщина статора по толщине магнитов.
6.Соотношение катушек к магнитам 4:3, на 9 катушек 12 магнитов, на 12 катушек 16 магнитов.
Однофазные генераторы не делают потому что будет сильная вибрация генератора при работе.
Соотношение магнитов к катушкам должно быть таким: на каждые три катушки должно быть по четыре магнита, соотношение 3/4. То есть на 9 катушек должно быть по 12 магнитов на дисках. На 12 катушек должно быть 16 магнитов. На 18 катушек должно быть 24 магнита (по 24 магнита на каждом из двух дисков). Можно делать соотношение и 2/3, генератор тоже будет работать, но как показали некоторые опыты такой вариант немного проигрывает, более подробно здесь — Тестирование генераторов со статорами на 12 и 18 катушек, что оказалось лучше
Магниты должны быть толщиной не менее 10 мм, можно правда и тоньше, но тогда придётся делать тонкий статор, вообще статор должен быть примерно равен толщине магнитов. Форма магнитов, круглые они, квадратные, или прямоугольные, не особо важна, потом это повлияет на форму катушек, будут ли они ровно круглые, треугольной вытянутой формы. Для крупных и мощных генераторов от 1.5кВт магниты можно ставить толщиной 15-20 мм, и делать более толстый и прочный статор толщиной 15-20 мм.
Обычно расстояние между магнитов делают равным их ширине, но чем больше площадь заполнения магнитами дисков по кругу тем лучше. Расстояние между магнитов чем плотнее тем лучше. Но если делать расстояние между магнитов равным ширине самих магнитов, или в половину ширины магнитов то тоже будет работать нормально. Из-за увеличения диаметра дисков увеличивается скорость магнитов за оборот, и напряжение катушек увеличивается пропорционально росту скорости движения магнитов.
Но работают те витки катушек, которые попадают под магниты, поэтому чем реже магниты на диске тем меньше витков катушек принимают участие в работе, и здесь выигрыш только в диаметре, но большой чес получается и много меди уходит. если расположить магниты близко друг другу то диаметр дисков становится меньше, витков в работе больше, а меди меньше. Так в общем эффективнее.
Обычно делаю расстояние между магнитов равное их ширине, но те кто делал расположение магнитов плотнее, и даже вплотную при меньших диаметра и размеров генераторов получали тот же результат. Как делать тут уже решать вам.
Для схемы 9 катушек на 12 магнитов подойдут круглые магниты, и их лучше размещать на диске почти вплотную друг к другу. Внутренний диаметр круглых катушек можно делать меньше диаметра магнита.
Для 12 катушек на 16 магнитов также можно делать круглые катушки и ставить круглые или лучше квадратные магниты. Расстояние между магнитов чем плотнее тем лучше. А так в зависимости от размеров можно сделать расстояние около 5-10 мм между магнитами, если квадратные то в самом узком месте должно быть такое расстояние.
Для 18 катушек на 12 магнитов лучше использовать прямоугольные магниты с расстоянием равным их ширине. При этом внутренняя дырка катушки должна быть почти равна размерам магнита. Если 24 магнита ставить на дисках то расстояние между магнитами будет вплотную.
Ниже рисунок для сравнения насколько перекрываются катушки магнитами если магниты ставить почти вплотную и с расстоянием между магнитами равным их ширине.
Так.же вариант перекрытия магнитами статора на 18 катушек и 12 катушек.
Какой вариант лучше на этот вопрос однозначного ответа нет, любой вариант будет работать. Проще наверное делать как большинство, с расстоянием между магнитов равным их ширине, так как медь дешевле и её можно не экономить.
Намотка катушек и соединение
Количество витков в катушках для зарядки АКБ 12 вольт обычно делается по 60 витков, если ветряк на 24 вольта то по 90 витков в катушке. Более подробно про расчёт напряжения генератора и его мощности я описал здесь — Расчёт генератора новая версия
Соединяются катушки фазы так: Начало первой катушки это начало фазы. Конец первой катушки соединяется с началом второй. Конец второй с началом третьей. Конец третьей на выход если у вас по три катушки на фазу это конец фазы. Вторая и третья фаза соединяется также как и первая. Всего на выходе должно быть шесть проводов, по два повода с каждой фазы. Далее уже можно соединить звездой, для этого три конца фаз или три начала фаз соединяются в одну точку, а три свободные конца уже на трёхфазный диодный мост. Ниже рисунок соединения одной фазы.
Лучше не соединять фазы генератора сразу звездой, а вывести из статора все концы фаз, чтобы потом можно было соединять по разному. Может быть так что с вашим винтом генератор будет лучше работать при параллельном соединении фаз.
По конструкции самого генератора есть два варианта
Первый вариант самый распространённый, диски здесь крутятся на валу, а статор больше по диаметру, и крепится шпильками с внешней стороны, тесть по внешнему диаметру. Обычно для изготовления за основу берут автомобильную ступицу и на её основе строят генератор. Второй вариант это когда статор крепится по внутреннему диаметру за неподвижный вал. А диск с подшипником надевается на этот вал, и с обратной стороны к нему притягивается второй диск.
Расчёт генератора, основные параметры и изготовление
Для расчёта напряжения генератора воспользуемся простой формулой, она очень простая и не должна вызвать проблем. Подробнее с примером можно почитать здесь — Расчёт ЭДС генератора. Про фазы и соединения катушек будет ниже, а пока разберемся с напряжением генератора.
Формула E=B·V·L где: Е-напряжение генератора (V). B-магнитная индукция магнитов(Тл). V-скорость движения магнитов (м/с). L-активная длина проводника (м).
Вернемся к формуле, V — это скорость движения магнитов, рассчитать её очень просто. К примеру если диаметр ротора с магнитами у нас 20см, то 20*3.14=62.8см. То-есть получается что за один оборот магниты проходят расстояние 62.8см или 0.62метра. Если диаметр ротора 8см, то аналогично 8*3.14=25.12см или 0.25м.
L — это активная длина проводника, то-есть это та длинна медного провода, которая попадает под магниты, ведь именно только тот участок провода вырабатывает электричество, который попадает под магнитное поле магнитов. Для дисковых аксиальных генераторов длинна активного проводника равна длинне магнитов. К примеру если у вас круглые магниты размером 30*10мм, то L=30мм, ну а если прямоугольные размером 50*30*10мм, то L=50мм. Для генераторов с железным статором активная длинна проводника равна ширине статора.
Активная длинна проводника
Теперь попробуем высчитать напряжение генератора, но сначало разберемся с катушками генератора
Ниже схема соединения однофазного генератора
Соединение катушек
Соединение катушек трехфазного генератора
Соединение катушек
Вернёмся к формуле E=B·V·L. К примеру планируется намотать 18 катушек проводом 1.0 мм, и в катушку помещается по 80 витков, значит всего у нас витков 18*80=1440 витков. Если генератор однофазный то так и считаем по всем катушкам, а если трёхфазный то будем брать катушки одной фазы, в данном случае шесть катушек в фазе, а потом вычислим данные при соединении звездой или треугольником. Я буду считать трёхфазный, по этому беру шесть катушек 80*6=480витков.
Магниты у нас к примеру 30*10мм (по 12шт на диске), значит активная длинна проводника 0.03м, если статор железный, то берётся ширина статора. Диски с магнитами у нас к примеру диаметром 20см, но надо брать диаметр по центру магнитов, значит минус 1,5см по кругу и того 20-3см=17*3.14=53.38см или 0.53м. Хочу напомнить что толщина железных дисков должна быть не менее толщины магнитов, иначе магнитное поле выйдет за железо и не будет участвовать в выработке электричества и магнитная индукция будет ниже, а если у вас к примеру ротор асинхронного двигателя, то после проточки желательно одеть металлическую гильзу и на неё клеить магниты, или вытачивать цельно-металлический ротор, так магниты будут использоваться эффективнее и можно или получить больше мощности или сэкономить на толщине магнитов.
И так теперь у нас есть необходимые данные для расчёта напряжения генератора к примеру при 60об/м. Магнитную индукцию возьмём равной 1Тл. Скорость движения магнитов у нас за оборот 0.53м, значит при 60об/м будет 1об/с, то-есть 0.53м/с — скорость движения магнитов. Активная длинна проводника нам тоже известна и равна 0.03м. Тогда 0.03м нужно умножить на количество витков в катушке (80) и на количество катушек (6), и получится 0.03*480=14.4м.
Теперь представляем значения в формулу E=B(1Тл)*V(0.53м)*L(14.4м), получается E=7.632V. В общем при 60об/м получается напряжение фазы 7.6 вольт. Напряжение генератора растёт линейно в зависимости от оборотов, значит при 120об/м будет 15.2 вольта, а при 240об/м будет 30.4 вольт. А при 300об/м будет 38.0 вольт. Зарядка начнётся при 120об/м если соединить фазы генератора треугольником. При соединении звездой напряжение генератора будет выше в 1,7 раза, значит зарядка начнётся ещё раньше, при 90об/м.
Но если нарисовать виртуальный статор с катушками и магнитами, то можно увидеть что магнит не перекрывает собой полностью катушку и 30% активной зоны не перекрывается как бы не стоял магнит, а это значит что 30% не участвует в выработке напряжения и это надо учитывать. Часто получается так что магнит перекрывает только половину катушки, и это значит что только половина витков участвует в выработке электричества. Значит в нашем случае напряжение будет ниже на 30% чем получилось, то-есть не E=7.632V, а E=5V.
Теперь поговорим про ток генератора, его сопротивление и соединение звездой и треугольником
Чем меньше сопротивление — тем выше сила тока зарядки и меньше потерь на нагрев, по-этому сопротивление обмотки генератора нужно делать как можно меньше. В нашем генераторе состоящем из 18 катушек всего 18*80=1440 витков, это по 480 витков в фазе. Чтобы узнать сопротивление фазы нужно узнать длинну провода в фазе и его сечение. Длина одного витка в среднем примерно 0.08м, значит 0.08*480=38.4м. Сопротивление одного метра медного провода сечением 1мм равно 0.0224Ом. Далее 38.4*0.0224=0.86Ом.
Таблица сопротивления медного провода
Чтобы узнать какой будет ток зарядки аккумулятора нужно знать напряжение генератора и его сопротивление, что мы уже знаем. Чтобы вычислить нужно от напряжения холостого хода генератора отнять напряжение генератора, и полученную сумму разделить на сопротивление, и получится ток зарядки. К примеру у нас при соединении звездой при 120об/м напряжение в холостую равно 10V*1.7=17 вольт. Тогда от 17 вольт отнимем напряжение аккумулятора 17-13 вольт и получим разницу в 4 вольта, разделим на сопротивление 1,46Ом, и получим 4:1.46=2.7Ампер. И так можно вычислить силу тока на каждых оборотах генератора, а чтобы получить мощность зарядки нужно амперы умножить на вольты, в данном случае 2.7*13=35.1 ватт*ч. А уже при 240об/м напряжение в холостую будет в два раза больше, так-как растёт линейно, тогда уже 20V-13=7:1.46=4.7 Ампер.
Но здесь играет роль не только сопротивление самого генератора, но и сопротивление провода от генератора до аккумулятора, сопротивление диодного моста, на котором падает до 1вольт напряжения, и сопротивление самого аккумулятора. Все это высчитать можно, но довольно сложно. Так-же изменяется сопротивление генератора во время работы, по-этому сумма общих потерь может составлять до 50% от мощности, и в итоге ток зарядки может оказаться в два раза меньше расчетного. И так-как это трудно все учесть на потери в среднем можно скинуть 30%, значит реально а аккумулятор пойдёт ток не 4.7Ампер при 240об/м, а значительно ниже, около 3.5-4 Ампера.
Такой расчёт дает примерное представление о будущем генераторе, но все-же это лучше чем делать как получится ничего не считая, и потом удивляться тому что или напряжение слишком низкое или высокое, или сопротивление слишком большое и смешной ток зарядки. Просчитав свои генераторы я убедился в справедливости такого расчёта генератора.
При расчете генератора нужно учитывать что его будет крутить ветроколесо ветрогенератора, и у ветроколеса есть свои обороты, и генератор нужно хоть примерно делать под будущий винт. Если это будет вертикальный ветряк, то его ветроколесо вращается очень медленно по сравнению с горизонтальным винтом. И в связи с этим нужно чтобы зарядка начиналась на очень низких оборотах генератора. Чтобы зарядка начиналась рано нужно чтобы напряжение было выше напряжения аккумулятора, отсюда нужно в катушках иметь как можно больше витков. Но чем больше витков тем длиннее провод, а значит и сопротивление, а сопротивление определяет силу тока зарядки. В итоге чтобы генератор был мощный и рано начиналась зарядка, нужно его рассчитать так чтобы и мощность была, и ветроколесо не перегрузить — иначе оно не выйдет на свои обороты и не наберет мощности.
Предварительный шаблон генератора
Рисунок генератора
Размеры катушки
Чтобы подогнать генератор под ветроколесо или наоборот потом ветроколесо под генератор нужно высчитать мощность генератора на разных оборотах, к примеру при 120об/м когда начнётся зарядка аккумулятора, и начнётся нагрузка на ветроколесо, и далее при 180,240,300,360,420,480,540,600об/м.
Исходя из выше рассчитанных данных мы получили 17вольт при 120об/м, сопротивление у нас 1.46Ом. более точные данные будут если мерить напряжение во время зарядки в реальном времени, но я для малого тока взял напряжение аккумулятора равным 13 вольт, а далее исходил из напряжения 14 вольт. В итоге ниже получились вот такие расчёты, но на более высоких оборотах при большой разнице холостого напряжения и напряжения при заряде аккумулятора КПД генератора будет падать и ток зарядки опять-же не будет таким большим, хотя генератор будет грузить винт на большую мощность, потери будут на нагреве катушек и в проводах. В общем ток зарядки будет ниже ещё на 10-20%.
Но ветроколесо желательно при расчёте делать на 30% мощнее чем расчетные данные генератора, и так чтобы на низких оборотах ветроколесо было чуть мощнее генератора. У нас при 120об/м 35ватт с генератора, значит ветроколесо должно при 120об/м иметь мощность около 40-50ватт. Если ветроколесо будет слабее, то генератор не позволит ему раскрутится до своих оборотов и в итоге обороты будут ниже и мощность тоже. Подробнее про расчёты ветроколес смотрите статьи в разделе, там всё есть.
в т.ч. гостей: 123
пользователей: 0
Заголовок не совсем точен - эта статья, скорее, введение в понимание работы ветряка и на что следует обратить внимание в первую очередь при желании самостоятельно его изготовить.
Описана распространенная плата БМС для литиевых аккумуляторов. Дана схема и некоторые ее доработки для более стабильной работы.
Относительно простая доработка солнечной батареи с USB выходами для увеличения снимаемой с нее мощности и получения возможности заряжать внешние LiIon аккумуляторы.
Рассмотрена простая схема "идеального" диода. Работа схемы разобрана до мелочей, поэтому собрать ее сможет даже полный "чайник" в электронике.
Используя физический принцип радиационного охлаждения неба, команда смогла собрать небольшое, но полезное количество энергии из холодного ночного неба, используя простое, недорогое и некритичное устройство.
Как влияет на характеристики Li-Ion аккумулятора его глубоких разряд (вплоть до нуля)? Насколько он вреден, или, наоборот, относительно безопасен? В статье попытка разобраться с этим. Не на профессиональном, конечно, уровне, но как информация к размышлению.
Продолжение описания сборки самодельного модульного накопителя на LiFePo4 аккумуляторах.
Обзор конструкции самодельного модульного накопителя, доступного для самостоятельного изготовления и по многим характеристикам не имеющего аналогов среди тех, что можно купить. Много фото.
Весьма неплохая платка повышающего преобразователя, поддерживающая протоколы быстрой зарядки.
Идея построить генератор (а позже ветряк) пришла в голову незадолго до появления загородного участка. Сначала просто как хобби, потом пилил научную работу. Больше всего мне помог в этом вопросе сайт Игоря Белецкого. Сделал примерный чертеж, и тут встал вопрос о покупке материалов. Станка с ЧПУ для детальной обработки у меня как не было, так и сейчас нет, следовательно конструкцию нужно было упрощать. К сожалению фотографий самого процесса изготовления у меня мало, поэтому попробую рассказать с чем я на данный момент столкнулся
Сам генератор состоит из ротора, статора и корпуса. В моем случае ротор - это два алюминиевых диска (важно чтобы материал был парамагнетиком), изготовленные на токарном станке, с прорезями под неодимовые магниты, закрепленные на эпоксидке. Полюса магнитов на диске чередуются.
Диски крепятся на оси, разноименными полюсами магнитов друг к другу, на расстоянии, чтоб между ними можно было закрепить статор. Роль ротора - создание магнитного поля постоянными магнитами.
Перейдем к устройству статора. Статор состоит из катушек обмоточной проволоки, с помощью которых будет сниматься индуцированный заряд. Проволоку лучше наматывать на металлический (тут нужно использовать ферромагнетик, например железо) сердечник для повышения индукции магнитного поля, соответственно для повышения передаваемой мощности. Так как генератор трехфазный (в одном диапазоне мощностей три фазы обычно на 150% более эффективны одной. В однофазных системах мощность падает до нуля 3 раза за каждый оборот генератора, в 3-х-фазных – падение мощности до нуля в течение оборота не происходит), нужно сделать одинаковое количество катушек на каждую фазу.
Есть два способа соединения фаз: "звезда" и "треугольник". От этого зависит выходное напряжение и ток. Вот схематическое изображение от Игоря Белецкого:
Итак, осталось только собрать все воедино. Вместо дюралевых пластин для корпуса я предпочел ДВП (фанера, будь она березовой/ламинированной/хвойной - крошится и трескается, неудобно). В боковых сторонах просверлил отверстия под подшипники (на фото только видимость работы, нужны были фотки для научно-практической конференции).
Далее сборка статора
И завершающий этап. Регулировка расстояния между корпусом/ротором/статором/ротором/корпусом, пайка диодного моста и замеры напряжения.
Часть первая, продолжение следует)
Все выкладывают как делать, а кто нибудь выкладывал его применение после сборки? Не просто замеры напряжения, а реальное применение. Или их ради замеров собирают?
Размерчик маловат. Да и алюминиевые диски не правильно. За качество фото сори.
Смутило применение ДВП. От влажности не поплохеет ему? Понятно, что дождь на него напрямую не каплет, но всё-же.
тоже собрал но не до конца
щас жду флянец от токаря а то немного протупил
и на днях если не будет работы вырежу на чпу лопасти пропелера
если я верно понял по фотке
то статор у тебя очень большой по сравнению с магнитами
+ я так понял использовал метал на статоре в катушка не забудь про залипание
я пока без железа
Кстати насчет лопастей, подумалось тут, а что, если их сделать каркасными из жесткой проволоки, а рабочую поверхность выполнить стретч-пленкой? Вон Егоров на ютубе даже байдарку собрал с помощью этой пленки. И легко можно было бы сделать нужный профиль лопасти. Силуэт профиля лопасти лучше у какого-нить авиаконструктора позаимствовать, хехех =). Там профили лопасти рассчитаны на лучшую работу и не на коленке. Получатся легкими, дешевыми и легко заменяемыми. Ну и шаг винта конечно тоже надо сразу рассчитать.
@butchbasir ну как там продвигается?
О! "Торцевая" электрическая машина :-) тема моего диссера выпускного. Оптимизировать эту штуку пытался )))
Есть ещё один момент, касающийся генератора для ветряка.
Если есть положение, когда все магниты расположены строго против магнитопроводов катушки, то требуется значительное усилие, чтоб "стронуть" генератор с места. Посему магниты и магнитопроводы с катушками распологают ассиметрично, чтоб ход был "мягче", плюс нагрузка на вал равномернее - меньше вибрации и износ.
(Всё в теории - предложить готовую расчитанную конструкцию не могу. Просто предложение автору "на подумать". :) )
Первое фото напоминает удивленного северного мишку:)
Тут чувак генератор из электродвигателя запилил:
Сам давно лелею эту мечту.
могу посоветовать данный канал,много интересного по ветрякам найдете да и прочего.
ну эти лопасти я прошел уже
щас по приколу повесил шаговый мотор с ними
эти уже по серьезнее будут с дерева
если не завтыккаю может выложу
Это же удивленный львенок (:
Первое свидание
Подслушано вчера. Уютное кафе. Я сижу за столиком, жду подругу. Рядом столик за котором примостились мальчик с девочкой, на вид не больше 14 - 15 лет.
Он - в какой школе учишься?
Она - не отрываясь от смартфона, в пятой.
Он - а чем занимаешься, что любишь, куда ходишь?
Она - не отрываясь от смартфона, да так, "всяко разно"
Он - ты в тик -токе ответы подглядываешь?
Она фыркнула и упорхнула из-за столика в закат. И вот честно, так гордо стало за этого парня.
А он сидел за столиком, пил кофе и чему - то улыбался)))
Спасибо.
Российский автопром, помоги себе сам (
Назовите город, который изменил вашу жизнь
Гениально))) Как я его понимаю)))
Иногда так хочется так же сделать.
Что такое любовь
Мелочь, а приятно
Не разжиреть бы от такого :D
Депутат спросила у директора департамента культуры и туризма , откуда у той колье за 1млн и сумка Louis Vuitton при зарплате 28к
Звонок из будущего
Только что на работе звонит телефон. Неприятный женский голос (НЖГ) заявляет:
НЖГ: Из военного комиссариата звонят! Факс для генерального директора примите
Я: (судорожно пытаюсь вспомнить, что это) Прошу прощения, мы не используем факс в работе
НЖГ: ВЫ ЧТО ТАМ, В КАМЕННОМ ВЕКЕ ЖИВЁТЕ?!
На злобу дня
Там ещё и дети смотрят!
Зачем же я так
Я тут что-то у кого-то прочитал и вспомнилось.
Я года два с половиной назад, на пенсию уходил. Ну, пошёл в кадры, рапорт написал и тут кадровик мне и говорит человеческим голосом:
- Чтобы всё было совсем хорошо, нужен твой послужной список из военкомата. Мы, конечно, запрос напишем и почтой отправим, но это долго - надёжнее и быстрее будет если ты сам съездишь, как раз через неделю документы подадим и всё успеем.
- Хорошо - говорю - давай запрос поеду посмотрю на свой родной военкомат..
Приехал, зашёл в нужное отделение запрос показал, там они в шкафах порылись - нашли моё дело и говорят:
- Только пока военком визу на запросе не поставит - мы тебе выписку не дадим. Неси запрос в делопроизводство и приезжай через два дня.
Отнес запрос в делопроизводство, отдал. Уехал.
Приезжаю через два дня, захожу опять в нужное отделение, а они мне и послужной список мой показывают и говорят:
- Мы всё подготовили, но тебе его не отдадим, потому что нам из делопроизводства ещё запрос с визой военкома не принесли. Иди в делопроизводство разбирайся или приезжай на следующей неделе.
Я не гордый, пошёл в делопроизводство. Прихожу, там тётенька сиди, чай пьет. Я зашёл.
Здравствуйте! говорю - А где мой запрос? Я вам в понедельник приносил..
- А я не знаю - я его на подпись военкому отнесла и дальше ничего не знаю - отвечает мне тётенька - Приходите на следующей неделе.
- А может Вы к военкому сходите и спросите? - вкрадчиво интересуюсь я.
- Вы что? Я к самому военкому не пойду! - и смотрит на меня как американцы на советскую военную угрозу.
- Мне сходить? - спрашиваю. Надо же дать человеку последний шанс.
- Вы что пойдете к самому военкому? - и смотрит на меня глазами полными ужаса.
- Пойду.. - отвечаю - или Вы или я.. Но третий раз я сюда не поеду.
- Идёте сами. - махнула на меня рукой тётенька.
Ну, я и пошёл. Зашёл в приёмную, сказал секретарю что мне требуется поговорить с военкомом. Та мне говорит - "идите он не занят".
Я постучался, зашёл. Объяснил военкому ситуацию. О жизни поговорили. Нормальный мужик оказался военком - в отличии от некоторых увиденных мною, когда либо, полковников.
- Подожди, - говорит военком, - помню я этот запрос - я его ещё два дня назад подписал. Сейчас, всё будет. Ты подожди в коридоре.
Я вышел. Смотрю по коридору несётся тётенька из делопроизводства и забегает в кабинет к военкому. "Экстреминатус секвестирован" - почему то вспомнилось мне.
Через две минуты вылетает, сама красная как Боевое Знамя, одной Краснознамённой бригады, где я начинал свою службу молодым лейтенантом и в руках мой запрос, подписанный держит. Смотрит на меня и спрашивает:
- Зачем Вы так?
- Как так? - спрашиваю - Я вам мальчик, что ли бегать упрашивать вас работу свою делать. Или у меня дел других нет, кроме как по три раза за одной бумажкой сюда ездить? Давайте запрос - я дальше сам разберусь.
- Не надо - говорит - идёмте.
И полетела по коридору в сторону нужного мне отделения.
"Делопроизводитель птица гордая.. " - пронеслось в моей черепной коробке и я отправился следом.
Захожу к начальнику нужного мне отделения. Тот мне и говорит:
- Всё хорошо. Сейчас нужно только печать и визу военкома на Вашем послужном списке поставить.
- Ничего страшного - пожал я плечами - давайте я схожу.
- Не надо.. - сказал он мне- посидите тут - я быстро.
Схватил документы и ушёл.
Этот не безнадёжен - учится на чужих ошибках - подумал я.
Через пять минут я получил документы на руки и отправился на встречу неизбежному дембелю.
Расчет ветроколеса и генератора переменного тока для домашней ВЭУ. Варианты конструктивного исполнения – опыт пользователей портала.
Судя по опыту пользователей FORUMHOUSE, которые не привыкли искать легких путей, сборка ветрогенератора своими силами – задача, вполне осуществимая. И первое, что необходимо выполнить для ее успешной реализации – это правильно рассчитать основные элементы установки.
Для того чтобы основные моменты, представленные в настоящей статье, были вам понятны, рекомендуем ознакомиться с материалами, изложенными в ее первой и второй частях.
Из статьи вы узнаете:
- Как правильно рассчитывать рабочий винт ветрогенератора.
- Какие типы генераторов больше всего подходят для сборки в домашних условиях.
- Как рассчитывать рабочие характеристики генератора переменного тока.
Расчет рабочего винта (ветроколеса)
Преобразование механической энергии воздушного потока в энергию электрическую начинается с рабочего винта. Поэтому методику расчета ветроколеса мы рассмотрим в первую очередь. Сделаем это на примере наиболее распространенного трехлопастного винта с горизонтальной осью вращения.
Ключевое правило, которого следует придерживаться, осуществляя расчет ветряка, заключается в следующем: мощность ветрового потока, которую можно снять с рабочих лопастей устройства, должна соответствовать электрической мощности самого генератора. Объясним почему: если мощность винта будет слишком малой, то даже при сильном ветре винт не сможет стронуть с места ротор генератора, находящегося под нагрузкой. Если же, наоборот, винт окажется слишком мощным для генератора, то при сильном ветре он раскрутит ротор до очень высоких оборотов, что неизбежно приведет к разрушению всей установки.
Учитывая этот момент, рассмотрим порядок расчета трехлопастного винта в соответствии с заданными характеристиками генератора. Предположим, что у вас уже есть генератор, с номинальной мощностью 300 Вт*ч (к примеру). Также представим, что свои номинальные характеристики устройство будет демонстрировать при оборотах ротора – 150 об/мин. Если средняя скорость ветра в вашей местности составляет 6 м/сек, то на нее и следует ориентироваться, осуществляя дальнейшие расчеты.
Далее: генератор переменного тока, на который ветроколесо передает вращательный момент, имеет свой собственный КПД (0,6…0,8). При различных условиях эксплуатации данный показатель может опускаться до более низких значений, поэтому в качестве примера возьмем КПД, равный 50%.
Для того чтобы устройство, обладающее подобным КПД, выдало необходимые 300 Вт*ч электрической мощности, на его ротор необходимо подать мощность, в два раза превышающую ту, которую требуется с него снять. То есть, механическая мощность, передаваемая на генератор с ветроколеса, должна быть равна 600 Вт.
Средний КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) у трехлопастных винтов равен 0,4 (это и будет КПД ветроколеса). Следовательно, мощность ветра (Х), которая должна воздействовать на рабочие лопасти ветряка (чтобы снять с них 600 Вт), можно вычислить, решив уравнение:
Х = 600:0,4 = 1500 Ватт.
Итак, количество необходимой энергии нам известно, теперь рассчитаем площадь, ометаемую рабочими лопастями ветроколеса (S).
Вот нашел формулу: P = 0,5 *Q * S * V³ * Cp * Ng
- P – мощность (Вт);
- Q – плотность воздуха (1,23 кг/м³);
- S – площадь ометания ветроколеса (м²);
- V – скорость ветра (м/с);
- CP – коэффициент использования энергии ветра (0,35…0,45);
- Ng – КПД генератора;
Плотность воздуха – неизменна, площадь ометания ротора – тоже.
Эта формула обозначает мощность на выходных клеммах генератора. Учитывая, что значение мощности (1500 Вт) мы изначально взяли с учетом КИЭВ ветроколеса и КПД генератора, последние два значения из формулы убираем.
Мощность ветра, которую воздушный поток передает на ветроколесо, будет равна:
P = 0,5 *Q * S * V³
Все значения, входящие в формулу, нам известны (кроме площади – S). Решив простейшее уравнение, получим:
S = 1500/0,5*1,23*6³ = 11,292 м²
Площадь круга вычисляется по формуле:
S = πr²
где π – математическая константа (3,14), а r² – квадрат радиуса окружности ветроколеса.
В нашем случае r² = 11,292/3,14 = 3,596.
Следовательно, радиус ветроколеса будет равен 1,89 м, а его диаметр – 3,78 м.
Теперь необходимо удостовериться в том, что такое ветроколесо сможет при ветре – 6 м/с развить достаточное количество оборотов. В этом нам поможет коэффициент быстроходности ветряка – Z (у трехлопастных устройств Z=5).
Окружная (концевая) скорость лопастей ветряка с коэффициентом быстроходности Z5 будет равна произведению коэффициента (Z) на скорость ветра (6*5=30 м/с). Периметр ветроколеса диаметром 3,78 метра равен 11,87 м (L=2πr). Это длина его окружности по внешнему диаметру лопастей, то есть, расстояние, которое конец каждой лопасти проходит за один оборот. Следовательно, за секунду каждая лопасть сделает 2,53 оборота (30 м/с делим на 11,87 м) или 151 оборот за минуту. Что нам и требовалось.
Для того чтобы увеличить обороты, мы можем уменьшить диаметр ветроколеса, но мощность винта в этом случае снизится.
Уменьшение диаметра ветроколеса должно давать увеличение оборотов. Его можно уменьшать до тех пор, пока мощности винта будет хватать для прокручивания генератора под нагрузкой. Это и будут оптимальные параметры.
Учитывая, что большой ветряк и построить сложно, и обслуживать – непросто, конструкцию рабочего винта можно рассчитать под конкретные условия эксплуатации (добавляя или уменьшая количество лопастей, а также меняя при этом их длину). Это поможет изменить коэффициент быстроходности, а, следовательно, и количество оборотов. Также при недостаточном количестве оборотов мощные ветрогенераторы (особенно многолопастные – тихоходные) оснащаются дополнительным редуктором-мультипликатором.
При малых скоростях вращения ротора выработки электроэнергии нет вообще. Мультипликатор решает эту проблему даже при малых оборотах.
Как бы мастер ни старался, самодельный ветрогенератор всегда будет далек от совершенства: самодельные лопасти, самодельные катушки – при изготовлении всего этого трудно соблюсти рекомендуемые аэродинамические и электротехнические параметры. И если в теории мы рассчитали, что ветроколесо диаметром 3,78 метра (при ветре 6 м/с) позволит получить нам 300 Вт*ч электроэнергии, на практике этот показатель можно смело уменьшить на 30%. Этим самым мы на стадии расчетов учтем недостатки кустарной сборки и возможные потери мощности.
Расчет генератора
Рассмотрим последовательность расчета трехфазного генератора переменного тока на постоянных магнитах. Трехфазные генераторы получили значительно более широкое распространение (нежели однофазные) за счет своих характеристик: отсутствие сильных вибраций и гула во время работы, улучшенные характеристики по мощности, току и т. д.
Мощность генератора зависит от целого ряда факторов: скорость вращения, величина магнитной индукции, количество витков на обмотках статора и т. д. Также она напрямую зависит от величины ЭДС генератора, которая определяется по формуле:
E=B•V•L
- E – ЭДС (В);
- B – величина магнитной индукции (Тс);
- V – линейная скорость движения магнитов (м/с) – произведение длины окружности ротора на количество оборотов;
- L – активная длина проводника (м), которую перекрывают магниты генератора.
Среднее значение индукции постоянных магнитов, используемых в составе генераторов переменного тока, равно 0.8 Тл. Его можно смело применять во время осуществления предварительных расчетов.
Если генератор изготавливается на основе неодимовых магнитов, величина магнитной индукции будет выше (от 1 до 1,4 Тл).
Рассмотрим последовательность предварительного расчета трехфазного аксиального генератора, пользуясь примером, который предложил один из пользователей FORUMHOUSE.
Вот, что я имею: 24 магнита (неодимовые) толщиной – 5 мм, шириной – 9.5 мм, длиной – 20 мм. Имею среднегодовую скорость ветра – 5 м/сек. Планирую сделать два ротора – по 12 магнитов на роторе (то есть – 12 полюсов). Соотношение полюсов и катушек – 2/3 (на каждые 2 полюса идет 3 катушки). Получаем 12 полюсов и 18 катушек (по 12 магнитов на каждом диске ротора). Ветроколесо выбрал диаметром 2 метра (двухлопастное). Его быстроходность – Z7. При ветре 5 м/с ветряк должен развивать 334 об/мин (334/60= 5,6 об/сек).
Оптимальное соотношение полюсов и катушек в трехфазном генераторе – 2/3. Один полюс формируется двумя магнитами.
Пользователя интересовал расчет дискового генератора аксиального типа.
Преимущества аксиальных генераторов заключаются в отсутствии магнитного залипания, что позволяет им стартовать при сравнительно небольшой скорости ветра (около 2-х м/с). Основной их недостаток, в сравнении с классическими самодельными моделями, заключается в том, что для получения одинаковой мощности на сборку аксиального генератора необходимо потратить, как минимум, в 2 раза больше магнитов.
Под классическими моделями подразумеваются устройства, изготовленные из асинхронного двигателя или из стандартного автомобильного генератора.
генератор своими руками для питания электроавтомобиля и загородного дома
Друзья, всем привет. Кто следит за нашим каналом, тот знает, что практически весь год мы занимались созданием мощного электрического багги. И осенью были проведены первые боевые тесты. Если кому интересно, то можно почитать здесь Самодельный элетробагги.
Параллельно с багги мы начали второй проект. Это проект электрогенератора под названием Move&Move.
Какие у него основные задачи:
Работа в качестве аварийного генератора для загородного дома. Работа на переменном токе.
Работа в качестве зарядного устройства для электротранспорта с возможностью зарядки на ходу. Работа на постоянном токе.
2-3 раза в год практически у любого владельца электроавтомобиля есть необходимость дальних поездок. Очень удобно иметь такой генератор на подкате (прицепе) и поехать куда угодно не думая о зарядных станциях. Владельцам Tesla будет очень полезно при дальних поездках брать подобный генератор, например, в аренду. В отличии от обычных генераторов он позволит выдавать сразу постоянный ток, чтобы сильно ускорить зарядку.
Эксперименты с высоким напряжением порядка миллиона вольт в отдаленных ненаселенных местах. Катушка Тесла.
Приобретение опыта в разработке электрогенераторов высокой мощности.
Чтобы произвести электрический ток нам надо один тип энергии преобразовать в другой.
Основой послужил двигатель внутреннего сгорания HR12DE от Nissan. Он удовлетворял сразу нескольким критериям поиска. Так как в будущем планируется установка данного генератора сделанного своими руками на подкат, то двигатель должен был быть легким и компактным. При этом у него должно было быть небольшое потребление топлива во всем диапазоне оборотов. И напоследок сам двигатель должен был быть с невысокой ценой до 20 тысяч рублей (на конец 2021 года).
двигатель для генератора своими руками
Двигатель внутреннего сгорания Nissan HR12DE был выпущен в 2010 году компанией Nissan Motors. Имеет 3 цилиндра и 12 клапанов. Объем данного двигателя 1,2 литра. В поршневой системе, диаметр поршня составляет 78 миллиметров, а его рабочий ход составляет 83,6 миллиметра. Система впрыска топлива установлена Double Over Head Camshaft (DOHC). Такая система предопределяет собой установку двух распределительных валов в головке блока цилиндров (ГБЦ). Такие технологии изготовления двигателя позволили достичь довольно сильное снижения шума и получить мощность 79 лошадиных сил, а также крутящий момент 108 Нм. Двигатель имеет довольно малый вес: 60 килограммов (вес голого двигателя).
Читайте также: