Расчёт генератора и лопастей для ветряка 0.15-0.5кВт

• Первый вариант конфигурации с тихоходным шести-лопастным винтом диаметром 1.5м, из ПВХ трубы 160мм, статор намотан проводом 0.6мм, настроен на стабильную зарядку аккумуляторов при ветре от 2м/с, чтобы при слабом ветре был стабильный заряд небольшом током, но на ветре от 6м/с и выше мощность будет значительно ниже чем у следующих вариантов.
  
  
• Второй вариант с трёх-лопастным винтом высокой быстроходности диаметром 1.8м из ПВХ трубы 250мм. Статор намотан проводом 1мм, рассчитан для работы на ветру от 3м/с.
  
  
• Третий вариант самый мощный, с быстроходным винтом диаметром 2.1м из ПВХ трубы 315мм, для эффективной работы при ветре 4-12м/с, зарядка начинается с 3м/с.
  
  Расчет генератора производится по этой методике. Магнитная индукция в расчёте берется средняя 0.8Тл, но на практике она может значительно отличаться как в большую, так и в меньшую сторону (зависит от марки магнитов и расстояния между ними), по-этому и реальный результат может значительно отличаться от расчётного.

  К теоретическому сопротивлению обмотки генератора добавляется 0.3Ом чтобы учитывать так-же сопротивление провода от генератора до АКБ, диодного моста, и сопротивления аккумулятора. На практике у вас сопротивление от ветряка до аккумуляторов может значительно отличаться, так-как оно зависит от длинны и толщины провода и проходящего через него тока и других потерь (например на токосъёмных щетках, контактах). По этому ставьте толстые провода рассчитанные на максимальный ток от ветряка чтобы минимизировать потери.

  Ниже в таблице основные данные и размеры генератора.

  Параметры аксиального генератора для ветряка мощностью 150-500ватт

  Наименование	данные
  Металлические диски	Два диска, диаметр 14см, толщина дисков 10мм
  Магниты	(9+9)18шт, размеры: 30*20*10мм
  Статор и катушки	Диаметр 16мм, толщина статора 8мм. 12 катушек, площадь сечения для укладки витков катушки 10мм*8мм
  Ступица	Размеры ступицы, подшипников и другие детали генератора на ваше усмотрение (как вам удобнее)

  Ниже схема генератор с основными размерами
  
  >
  
  

  Вариант 1 для изготовления тихоходного ветрогенератора

  Расчёт для катушек намотанных проводом 0.6мм по 130 витков. Сопротивление фазы при этом получилось 3.7Ом+0.3Ом, в итоге будем считать как 4Ом, при звезде сопротивление будет 6.8Ом. ЭДС фазы при 60об/м получилась 4,2вольт. значит при соединении звездой получится 4.2*1.7=7.14вольт. Значит зарядка аккумулятора в зависимости от его состояния будет начинаться при 100-120об/м.

  Винт для ветрогенератора шести-лопастной из трубы ПВХ 160мм, диаметром 1.5м. Исходный файл расчета этого винта - 1.6d4z4t160.zip. Ниже скриншот с координатами для вырезания лопасти из трубы.
  
  >
  
  

  Мощность генератора при намотке проводом 0.6мм

  Обороты (об/м)	Напряжение ХХ	Ток зарядки АКБ	Мощность	Ветер м/с
  120	14.2	-	-	2м/с
  180	21.4	1	14	3.5
  240	28.5	1,5	21	4.2
  300	35.7	3.1	44	5.2
  360	42.8	4.2	59	5.8
  420	50	5.2	74	6.6
  480	57	6.3	88	7
  540	64.2	7.3	103	7.7
  600	71.4	8.4	118	8.5
  660	78.5	9.4	132	9
  720	85.6	10.5	147	10
  780	92.8	11.5	162	10.6
  840	100	12.6	177	11.4

  С данным винтом зарядка аккумулятора будет начинаться с 2м/с, при этом ток будет совсем небольшой (0.2-0,5А) и к скорости ветра 3.5м/с вырастет до 1Ампер. При 10м/с мощность будет около 150ватт. Так-же с этим винтом и обмоткой статора 0,6мм ветряк подойдет для зарядки акб 28 вольт, но зарядка будет начинаться примерно с 240об/м, при ветре 3.6-4м/с. И на 28вольт мощность ветрогенератора при 10м/с будет выше чем на АКБ 14вольт, и составит 230-250ватт. На АКБ 56вольт зарядка начнется при 420-460об/м при ветре 6.5-7м/с, мощность при 10м/с составит 250ватт.

  Вариант 2, обмотка статора проводом 1мм

  Второй вариант конфигурации генератора с трёх-лопастным винтом из ПВХ трубы 250мм. В этом варианте намотка катушек осуществляется проводом 1мм. В катушку входит 80 витков провода. Сопротивление фазы 0.78Ом, при соединении звездой будет 1.34Ом, прибавляем 0.3Ом на различные потери и получаем округленно 1.65Ом. Напряжение фазы при 60об/м 2.64вольт, при звезде будет 4.5вольт. Зарядка 14в начнется при 180об/м. Исходный файл винта диаметром 1.8м - 3d1.8z5t250(3).zip. Ниже скриншот с координатами для вырезания лопасти из трубы.
  
  >
  
  

  Мощность генератора при намотке проводом 1мм

  Обороты (об/м)	Напряжение ХХ	Ток зарядки АКБ	Мощность	Ветер м/с
  180	13.5	-	-	3м/с
  240	18	2.4	33	4
  300	22.5	5.1	72	5.1
  360	27	7.8	110	6
  420	31.5	10.6	148	6.9
  480	36	13.3	186	7.5
  540	40.5	16	224	8.2
  600	45	18.7	263	8.7
  660	49.5	21.5	301	9.3
  720	54	24.2	339	9.8
  780	58.5	26.9	377	10.4
  840	63	29.6	415	11
  900	67.5	32.4	453	11.4

  Уменьшив сопротивление генератора путем уменьшения количества витков в катушках и увеличение диаметра провода до 1мм мощность генератора при тех-же магнитах и размерах возраста в три раза несмотря на более низкое напряжение холостого хода. Низкое напряжение компенсируется более скоростным и более мощным трёх-лопастным винтом.

  Зарядка аккумулятора начинается правда не с 2м/с как в первом варианте, а с 3м/с, но уже при 4м/с мощность этого варианта вместо 20ваттт составляет 33ватт, что грубо говоря на 35% больше. А на ветру 5м/с мощность уже 70ватт против 41ватт, что на 40% мощнее чем в первом варианте. При 10м/с мощность ветрогенератора составляет 350ватт, а первый вариант 150ватт. При ветре 12м/с мощность ветряка должна быть 500ватт.

  Так-же с этой конфигурацией ветрогенератор подойдет для зарядки аккумулятора 28вольт. Зарядка начнется при 5.5-6м/с, а при 10м/с мощность составит 440ватт.

  Вариант 3 максимальная мощность и эффективность

  Третий вариант самый мощный и сделан на максимальную эффективность при среднем и сильном ветре. В этом варианте с генератора выжимается максимум возможного. Обмотка генератора остаётся прежней проводом 1мм по 80витков в катушке, соединение фаз звезда. Но здесь применяется более скоростной и более мощный двух-лопастной винт диаметром 2.1м. За счёт этого обороты генератора возрастут на 20~35% и соответственно мощность.

  Исходный файл винта - 3d1.8z5t250(3).zip
  
  >
  
  

  Мощность генератора с винтом 2.1м, быстроходность Z7-11

  Обороты (об/м)	Напряжение ХХ	Ток зарядки АКБ	Мощность	Ветер м/с
  180	13.5	-	-	3м/с
  240	18	2.4	33	3.9
  300	22.5	5.1	72	4,9
  360	27	7.8	110	5.5
  420	31.5	10.6	148	5.9
  480	36	13.3	186	6.2
  540	40.5	16	224	6.8
  600	45	18.7	263	7.1
  660	49.5	21.5	301	7.6
  720	54	24.2	339	8
  780	58.5	26.9	377	8.5
  840	63	29.6	415	8.9
  900	67.5	32.4	453	9.3
  960	72	35	492	9.7
  1020	76.5	37.8	530	10.2

  Этот вариант конфигурации с быстроходным двух-лопастным винтом диаметром 2.1м из ПВХ трубы 315мм, позволяет использовать всю максимально возможную мощность с маленького генератора. Генератор при 10м/с будет раскручиваться до 1000об/м, по-этому к изготовлению генератора нужно отнестись со всей серьёзностью, чтобы не-было дисбаланса и вибраций. Так-же двух-лопастной винт требует очень точной подгонки, нужно подогнать по весу лопасти, и дополнительно отбалансировать винт, иначе при высоких оборотах будут большие вибрации ветряка и даже мачты, и большой недобор по мощности.

  Но если всё сделать качественно и точно, то ветрогенератор получится мощнее на 33% в сравнении со вторым вариантом изготовления. При этом зарядка с этим винтом так-же как и во втором варианте начинается с 3м/с, но уже с 4м/с с этим винтом генератор выдает больше мощности, и с усилением ветра разница значительно увеличивается. Но этот винт будет шумным и шум будет слышен уже начиная с 7м/с и усилится к 10м/с, хотя это не критично так-как этот шум будет небольшой.