Мощный ветрогенератор с аксиальным генератором

Увеличить откроется в новом окне

Этот ветрогенератор специально проектировался под малые ветра, большой тихоходный генератор, который лежит в основе этого ветряка должен уже при слабом ветре 3_4м/с выдавать до 500ватт/ч. Естественно такие запросы потребовали серьезных расчетов, и конструкция генератора получилась прямо скажем не маленькой, но так и должно быть, все в угоду тихоходности и мощности на молом ветру.

На фотографиях вся работа по созданию этого ветряка. За основу генератора была взята автомобильная ступица, здесь использована ступица от автоприцепа. Для ротора, на котором располагаются магниты, были вырезаны два металлических диска диаметром 40см, и толщиной 12мм. Изготовление дисков мы заказывали, так-как обычная резка могла повести металл,они были вырезаны на специальном станке гидроабразивной резки, цена составила 70 долларов, но зато сделаны не хуже заводских и просверлены все необходимые отверстия под крепление на ступицу.

Поворотная ось генератора

Поворотная ось изготовлена из отрезка трех-дюймовой трубы длиной 400мм. Вал для ступицы закреплён внутри трубы длиной и диаметром 100мм через 2 стальных кольца. Стальной кронштейн для крепления хвоста выполнен из 1,2см стали, его высота 150мм. Кронштейн будет приварен к поворотной оси под углом 20гр., и относительно вала генератора в горизонтальной плоскости на 45гр.

Увеличить откроется в новом окне

Увеличить откроется в новом окне

Для удобства дальнейшей работы из обрезков труб была сварена подставка, на которую одели поворотную ось генератора. Далее были нарезаны и приварены шесть пластин для крепления ротора, а так-же из фанеры вырезан шаблон для наклейки магнитов на дисках ротора, так-как магниты очень сильные и наклеить без шаблона очень проблематично.

Тестовая катушка

Следующим шагом на диски по шаблону с помощью супер-клея были наклеены магниты. В этом генераторе мы решили использовать 16 пар магнитов, по 16 на каждом диске, размеры магнитов 75*40*20мм. Генератор будет трехфазным, с соотношением по 4 магнита на каждые 3 катушки, то-есть катушек будет 12, по 4 катушки на фазу. Перед тем как делать статор с катушками, мы изготовили тестовую катушку, чтобы определить мощность генератора и определиться каким сечением провода в дальнейшем мотать катушки статора. Для определения размеров катушки я нарисовал шаблон, поделил его на 12 секторов, нарисовал линии прохождения магнитов и определил размеры катушки, кстати внутренний диаметр катушки должен быть чуть больше или равным длине магнита, а внешний как можно больше, на сколько позволяет пространство. Ниже на фото мы намотали тестовую катушку, закрепили ее на заготовке из фанеры и закрепили на генераторе.

Увеличить откроется в новом окне

Увеличить откроется в новом окне

Увеличить откроется в новом окне

Увеличить откроется в новом окне

Увеличить откроется в новом окне

Для тестовой прокрутки катушки мы использовали оптический тахометр для измерения оборотов, и мультиметр для снятия показаний. Сначала мы решили поэкспериментировать и покрутить генератор с одной половинкой ротора, при 70бо/м тестовая катушка выдала 2,4 вольта, а кода мы установили второй диск ротора, то напряжение катушки выросло до 5,5 вольт. Далее мы намотали еще одну катушку более толстым проводом с меньшим количеством витков и покрутили на нагрузку 10 Ом, получилось 6 вольт и 6 ампер на 100об/м, это 36 ватт/ч с катушки, значит с 12-ти катушек генератора на 100об/м получится около 400ватт/ч. Мы правда ожидали большего, но некоторые потери возможно из-за слишком плотного размещения магнитов на дисках ротора, из-за этого часть магнитного поля замыкается на соседние магниты, а не проходит через статор. Но это первый такой большой генератор и мы учтем в будущем эти недочеты.

Увеличить откроется в новом окне

Увеличить откроется в новом окне

После прокрутки генератора с тестовой катушкой мы принялись за изготовление статора. Статор это диск с залитыми в нем медными катушками. Для заливки из фанеры был изготовлен шаблон, на ранее расчерченный шаблон мы вырезали квадрат из фанеры с внутренним отверстием по диаметру статора, он у нас получился 50см, это на 10см больше диаметра дисков ротора. Катушки статора намотали двойным проводом 0,6мм, по 68витков в катушке, всего 12 катушек, по 4 на фазу. Изначально мы хотели мотать проводом 3,3мм, но его в наличие не оказалось и мы решили мотать сдвоенным проводом.

Катушки статора мы закрепили между собой кусочками стеклоткани на супер-клее, после катушки были распаены в три фазы и соединенные звездой концы вывели на контактные соединения. Перед заливкой форму смазали автомобильным воском чтобы смола не пристала. Далее в форму налили немного полиэфирной смолы, кстати эта смола прочнее эпоксидной и менее чувствительна к высоким температурам, но правда при работе таксична, поэтому лучше соблюдать меры предосторожности. Из стеклоткани вырезали круг и утопили в шаблоне, на него выложили катушки, выровняли по центру. Катушки залили полностью смолой и положили сверху второй круг из стеклоткани, после закрыли кругом и стянули чтобы смола ровно легла и не вытекла из формы. Так-же смолой залили и магниты на дисках ротора.

Увеличить откроется в новом окне

Увеличить откроется в новом окне

После высыхания смолы готовый статор был извлечен из формы. Края немного обработали, просверлили отверстия для крепления. Болты для крепления решили использовать из немагнитного металла, так-как мощные магниты при вращении будут притягиваться к болтам и создавать залипание при старте и вибрацию при вращении генератора.

После сборки генератора мы принялись за сборку хвостовой части. Хвостовую часть ветряка мы собрали из труб, длинна хвоста составляет 2,5м. Длинна хвоста обычно равна длине радиуса винта, так как мы рассчитываем сделать винт диаметром 5м, значит длина хвоста 2,5м. Поворотная часть хвоста сделана из толстостенной трубы диаметром 5см, она одевается на приваренный к поворотной оси штырь. Хвост выполняет по классической схеме с уводом ветроголовки от сильного ветра. Винт под давлением ветра поворачивается в сторону, при этом хвост под углом складывается.

Перед покраской мы проверили как будет складываться хвост при сильном ветре уводя лопасти от ветра, и приварили ограничитель для того чтобы хвост складываясь не повредил лопасти. После завершения всех сварочных работ принялись за придание ветрогенератору красивого внешнего вида и защиты его от ржавчины. Для этого зачистили металлические поверхности, прогрунтовали и покрасили. На вид вроде нормально и зелёный цвет символ защиты природы от вредных выхлопов и загрезняющей природу деятельности человека, пускай владельцы дымящих бензогенераторов завидуют, и платят деньги за топливо.

Увеличить откроется в новом окне

После всех сварочных и молярных работ мы произвели окончательную сборку ветрогенератора. Установили статор и выставили зазор в 3мм, потом с таким же зазором устатовили второй диск с магнитами. Лопасти изготавливали из дерева, по рассчетам у нас выходил не маленький трехлопастной винт диаметром 5м, рассчеты велись по Пиготту. Лопасти мы закрепили на фанерном основании. Основа это два диска из фанеры через которые лопасти стянуты болтами. Перед стягиванием с помощъю рулетки мы вывели одинаковые расстояния от кончика до кончика каждой лопасти. Винт крипится к генератору так-же с помощъю болтов.

Готовый ветрогенератор установили на мачту и через расстяжки поднимали с помощъю автомобиля. Мачту мы решили сделать как можно выше и она получилась 18 метров, из-за большого веса генератора и длинны мачты нам не с первого раза удалось поднять ветрогенератор. Чтобы облегчить нам пришлось снять винт и прднимать ветрогенератор без него, а винт потом ставить уже на поднятый генератор.

Увеличить откроется в новом окне

Этот ветрогенератор работает уже давольно продолжительное время, пока всё нормально и никаких проблем. Большая площадь лопастей позволяет ветрогенератору генерировать приличную мощность даже на очень слабом ветру от 2-х м/с. При скорости ветра в 4,5м/с ветряк выдаёт 400 ватт мощности, а при 7м/с примерно 1,5 киловатт. Иногда ветрогенератор при хорошем ветре расходится до 2-х киловатт, и пару раз при сильном ветре мощность доходила до 3,8 киловатта. На постройку данной ветроустановки ушло примерно 20 дней.