Роторный ветрогенератор своими руками

Вопросы энергонезависимости беспокоят умы не только руководителей государств, предприятий, но и отдельно взятых граждан, владельцев частных домов. С увеличением монополии и тарифов производителями электроэнергии, народ ищет эффективные альтернативные источники питания. Одним из таких источников считается ветровой  генератор.

Основные элементы в системе ветрового генератора

Существует много моделей, вариантов от разных производителей, но как показывает практический опыт, не всегда они доступны по цене и качеству для широкого круга потребителей. При наличии информации, определенных знаний электротехники и практических навыках, ветрогенератор доступно сделать своими руками.

Принцип работы и основные элементы

Работа самодельного ветрогенератора ничем не отличается от промышленных моделей, принципы действия заложены те же самые. Энергия ветра преобразуется в механическую энергию вращением ротора генератора, который вырабатывает электричество.

Основные элементы конструкции (рис. выше):

• пропеллер с лопастями;
• вал вращения, по которому крутящий момент передается на ротор генератора;
• генератор;
• конструкция крепления генератора на месте установки;
• если необходимо, для увеличения оборотов вращения ротора может устанавливаться редуктор или ременная передача между валом с пропеллером и валом генератора;
• для преобразования переменного тока генератора в постоянный используется преобразователь, выпрямительный диодный мост, ток с которого поступает для подзарядки аккумуляторной батареи;
• аккумуляторная батарея, от которой электроэнергия поступает через инвертор к нагрузке;
• инвертор преобразует постоянный ток аккумулятора с напряжением 12 В или 24 В в переменный с напряжением 220 В.

Конструкции пропеллеров, генераторов, редукторов и других элементов могут отличаться, иметь различные характеристики, дополнительные приборы, но в основе системы всегда присутствуют перечисленные составляющие.

Выбор и изготовление своими руками

По конструктивному исполнению существует два типа оси, вращающей ротор генератора:

• генераторы с горизонтальной осью вращения;

Генератор с горизонтальной осью вращения

• генераторы с вертикальной осью вращения.

Роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения

Горизонтальные оси вращения

Каждая конструкция имеет свои достоинства и недостатки. Наиболее распространенный вариант – с горизонтальной осью. Эти модели имеют большой КПД преобразования энергии ветра во вращательные движения оси, но есть определенные трудности в расчетах и изготовлении своими руками лопастей. Обычная плоская форма лопасти, которая применялась на старинных ветряных мельницах, малоэффективна.

Для использования максимальной энергии ветра при вращении оси, лопасти должны иметь крыловидную форму. На самолетах форма крыла за счет силы встречного ветра обеспечивает подъемные потоки. В рассматриваемом случае силы этих потоков будут направлены на вращение вала генератора. Пропеллеры могут быть с двумя, тремя, и большим количеством лопастей, чаще всего встречаются конструкции с тремя лопастями. Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить необходимую скорость вращения.

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения должны постоянно быть повернуты плоскостью пропеллера на фронт встречного потока ветра. Для этого требуется применять хвостовое оперение флюгерного типа, которое под действием ветра, как парус, разворачивает всю конструкцию пропеллером к встречному ветру.

Вертикальные оси вращения

Основным недостатком этого варианта является низкий КПД, однако это компенсируется более простой конструкцией, которая не требует изготовления дополнительных элементов для поворота лопастей к ветру. Вертикальное расположение оси и лопастей позволяет использовать энергию ветра для вращения с любого направления, эту конструкцию проще сделать своими руками. Вращение вала осуществляется более стабильно, без резких скачков скорости.

Среднегодовые скорости ветров на территории России неодинаковы. Наиболее благоприятные условия для работы ветрогенераторов – 6-10 м/с. Таких районов немного, в основном преобладают ветра 4-6 м/с. Для увеличения скорости вращения приходится применять редукторы и учитывать высоту, розу ветров на местности установки генератора.

Пример изготовления ветрогенератора

Рассматривается вариант с вертикальной осью вращения.

Ветровая турбина своими руками

Самый простой вариант для производства лопастей – использовать металлическую бочку на 50-200 л. В зависимости от количества необходимых лопастей, бочка распиливается болгаркой сверху вниз на 4 или 3 равные части.

Вертикальные лопасти из металлической бочки

Можно просто использовать листы оцинкованного кровельного железа, которые легко вырезать нужной формы своими руками, используя ножницы по металлу.

Вертикальные лопасти из листового железа

В дальнейшем лопасти крепятся на верхней части оси вращения. Основой для их крепления могут быть деревянные диски из шестислойной фанеры.

Пример размещения вертикальных лопастей

Пример крепления лопастей к платформе

Рама или диски жестко крепятся на ось вращения, сама ось вставляется в муфты с подшипниками, которые надежно установлены в каркасе вышки или крыши здания, на котором размещается генератор.

Установка оси с лопастями на вышке

Наглядное изображение установки вертикальной оси вращения на крыше здания

1. Турбина с вертикальными лопастями.
2. Платформа стабилизации оси с двухрядным шариковым подшипником.
3. Растяжки стального троса Ø 5мм.
4. Вертикальная ось, стальная труба Ø 40-50мм, толщина стенок не менее 2 мм.
5. Рычаг регулятора скорости вращения.
6. Лопасти аэродинамического регулятора сделаны из фанеры или пластика толщиной 3-4 мм.
7. Тяги, которыми регулируется скорость вращения, количество оборотов.
8. Груз, вес которого устанавливает скорость вращения.
9. Шкив вертикальной оси для ременной передачи, широко используется велосипедный обод от колеса, без камеры и покрышки.

• Опорный подшипник.
• Шкив на оси ротора генератора.
• Генератор.

На нижний конец оси крепится шкив для ременной передачи или шестерни для редуктора, это необходимо для увеличения скорости вращения ротора. Практика показывает, что при скорости ветра 5 м/с вращение вала с горизонтальными лопастями от бочки будет не более 100 об/м. При скорости ветра 8-10 м/с вращение достигает до 200 м/с. Этого очень мало для того, чтобы генератор выдавал необходимую мощность для зарядки аккумулятора.

Установка шкивов ременной передачи

Низкооборотный генератор

Для преобразования механической вращательной энергии в электричество проще всего использовать автомобильные генераторы. Но обычные генераторы от легковых автомобилей для ветряков не рекомендуются по причине наличия щеток в их конструкции. Графитовые щетки снимают ток, наводящийся на роторе, в процессе эксплуатации они стираются и требуют замены. Кроме того, такие генераторы высокооборотистые, для выработки напряжения 14 В с током до 50А требуется 2000 и более оборотов.

Более эффективные генераторы для ветряков от тракторов и автобусов Г.964.3701 с магнитным возбуждением обмоток. Они не имеют щеток, работают на более низких оборотах. Генератор Г288А.3701 имеет три фазы, используется для электроснабжения транспортных средств в совокупности с аккумулятором. Имеет хорошие характеристики для использования в системах ветрогенераторов:

• вырабатывает напряжение 28 В;
• встроенный выпрямитель выдает постоянный ток до 47 А;
• мощность на выходе до 1.3 кВт;
• на холостом ходу вращение 1200 об/м;
• при токовой нагрузке в 30А требуется 2100 об/м.

Генератор имеет подходящие габариты и массу:

• общий вес 10 кг;
• диаметр 174 мм;
• длина 230 мм.

Генератор с МАЗа – 24В

Генераторы такого типа используются на транспорте КАМАЗ, Урал, КРАЗ, МАЗ с двигателями ярославского завода ЯМЗ 236, 238, 841, 842 и ЗМЗ 73. В целях экономии финансов, можно купить бывший в употреблении генератор на пунктах разборки. Для выработки большей мощности электроэнергии при низких оборотах можно сделать генератор своими руками на ниодимовых магнитах, но это отдельная тема и требует более подробного описания.

Последовательность сборки

1. В первую очередь монтируется вышка или конструкция крепления генератора на крыше здания. Крепится вертикальная ось во втулки с подшипниками, устанавливаются лопасти.

2. После установки оси с лопастями на нижней части фиксируется шкив для ременной передачи.
3. На уровне шкива оси, к специально подготовленной платформе, крепится генератор с шкивом для ремня на вале ротора. Шкивы генератора и оси с лопастями должны устанавливаться на одном уровне.

Используется формула:

Wr = Wos x Dosd, где

• Wr – скорость вращения шкива генератора;
• Dos – диаметр шкива на вертикальной оси;
• d – диаметр шкива на вале ротора генератора;
• Wos – скорость вращения шкива вертикальной оси.

Wr = 200 обм х 500мм/50 мм = 2000 об/м – достаточная скорость вращения, чтобы генератор выбранного типа выдал необходимую мощность.

4. Натягивается ремень, для этого в платформе крепления генератора должны быть прорези, как на креплении автомобиля.
5. Выходные провода генератора подключаются к клеммам аккумулятора.

6. Вход инвертора 24В/220В подключается к аккумулятору, также с соблюдением полярностей.
7. Выход инвертора подключается к цепи с нагрузкой.

Видео. Ветрогенератор своими руками.

https://www.youtube.com/watch?v=IXG2hzgoNBI

Имея необходимые материалы, практические навыки слесарных работ, используя готовые автомобильные генераторы с магнитным возбуждением обмоток, ветрогенератор несложно установить своими руками. Для изготовления генератора большей мощности на ниодимовых магнитах потребуются более глубокие знания в электротехнике и навыки сборки электрооборудования. Это один из самых простых способов собрать ветровой генератор своими руками.