Sufit
Generator wiatrowy z dysku twardego i pompy pralki. Mój domowy generator wiatrowy wykorzystujący silnik krokowy. Generator ze starego dysku twardego

Generator wiatrowy z dysku twardego i pompy pralki. Mój domowy generator wiatrowy wykorzystujący silnik krokowy. Generator ze starego dysku twardego

Rowerowa przeszłość domki letnie, widziałem działający generator wiatrowy:

Duże łopaty obracały się powoli, ale pewnie, a wiatrowskaz ustawiał urządzenie w kierunku wiatru.
Chciałem zdać sobie sprawę podobny projekt, choć nie jest w stanie wygenerować mocy wystarczającej do zasilania „poważnych” odbiorców, ale nadal pracuje i np. ładuje akumulatory lub zasila diody LED.

Silniki krokowe

Jeden z najbardziej skuteczne opcje przydatny jest mały, domowy generator wiatrowy silnik krokowy(SD) (angielski) silnik krokowy (krokowy, krokowy).) - w takim silniku obrót wału składa się z małych kroków. Uzwojenia silnika krokowego są połączone w fazy. Po doprowadzeniu prądu do jednej z faz wał przesuwa się o jeden stopień.
Te silniki są niska prędkość i można do niego podłączyć generator z takim silnikiem turbina wiatrowa, Silnik Stirlinga lub inne źródło zasilania o niskiej prędkości. Podczas stosowania konwencjonalnego silnika (komutatorowego) jako generatora prąd stały osiągnięcie tych samych wyników wymagałoby 10-15 razy większej prędkości obrotowej.
Cechą steppera jest dość wysoki moment rozruchowy (nawet bez obciążenia elektrycznego podłączonego do generatora), sięgający 40 gramów siły na centymetr.
Współczynnik przydatna akcja generator z silnikiem krokowym osiąga 40%.

Aby sprawdzić pracę silnika krokowego można podłączyć np. czerwoną diodę LED. Obracając wał silnika, można obserwować świecenie diody LED. Polaryzacja podłączenia diody LED nie ma znaczenia, ponieważ silnik wytwarza prąd przemienny.

Pięciocalowe stacje dyskietek, a także stare drukarki i skanery są skarbnicą tak potężnych silników.

Silnik 1

Na przykład mam kartę SD ze starej stacji dyskietek 5,25″, która wciąż była częścią ZX Spectrum- kompatybilny komputer „Byte”.
Taki napęd zawiera dwa uzwojenia, z końców i środka, z których wyciągane są wnioski - w sumie sześć przewody:

pierwsze uzwojenie cewka 1) - niebieski (angielski) niebieski) i żółty (ang. żółty);
drugie uzwojenie cewka 2) - czerwony (angielski) czerwony) i biały (angielski) biały);
brązowy (angielski) brązowy) druty - wyprowadzenia ze środków każdego uzwojenia (eng. krany środkowe).

zdemontowany silnik krokowy

Po lewej stronie widać wirnik silnika, na którym widoczne są „pasiaste” bieguny magnetyczne - północ i południe. Po prawej stronie widać uzwojenie stojana składające się z ośmiu cewek.
Rezystancja połowy uzwojenia wynosi ~70 omów.

Użyłem tego silnika w oryginalnym projekcie mojej turbiny wiatrowej.

Silnik 2

Do dyspozycji mam silnik krokowy o mniejszej mocy T1319635 firmy Firma Epoch Electronics Corp. ze skanera HP Scanjet 2400 To ma pięć wyjścia (silnik jednobiegunowy):

pierwsze uzwojenie cewka 1) - pomarańczowy (angielski) Pomarańczowy) i czarny (angielski) czarny);
drugie uzwojenie cewka 2) - brązowy (angielski) brązowy) i żółty (ang. żółty);
czerwony (angielski) czerwony) drut - końcówki połączone ze sobą od środka każdego uzwojenia (eng. krany środkowe).

Rezystancja połowy uzwojenia wynosi 58 omów, co jest wskazane na obudowie silnika.

Silnik 3

W ulepszonej wersji generatora wiatrowego zastosowałem silnik krokowy Robotron SPA 42/100-558, wyprodukowany w NRD i zaprojektowany na napięcie 12 V:

Turbina wiatrowa

Istnieją dwie możliwe opcje lokalizacji osi wirnika (turbiny) generatora wiatrowego - pozioma i pionowa.

Korzyść poziomy(najbardziej popularny) Lokalizacja oś zlokalizowana w kierunku wiatru to bardziej efektywne wykorzystanie energii wiatru, wadą jest komplikacja konstrukcji.

wybieram układ pionowy osie - VAWT (turbina wiatrowa o osi pionowej), co znacznie upraszcza konstrukcję i nie wymaga orientacji pod wiatr . Ta opcja jest bardziej odpowiednia do montażu na dachu, jest znacznie bardziej skuteczna w warunkach szybkich i częstych zmian kierunku wiatru.

Użyłem typu turbiny wiatrowej zwanej turbiną wiatrową Savonius. Turbina wiatrowa Savonius). Został wynaleziony w 1922 roku Sigurd Johannes Savonius) z Finlandii.

Sigurd Johannes Savonius

Działanie turbiny wiatrowej Savonius opiera się na tym, że stawiany jest opór ciągnąć) nadchodzący strumień powietrza - wiatr wklęsłej powierzchni cylindra (łopatki) jest większy niż wypukły.

Współczynniki oporu aerodynamicznego ( język angielski współczynniki oporu) $C_D$

ciała dwuwymiarowe:
wklęsła połowa cylindra (1) - 2,30
wypukła połowa cylindra (2) - 1,20
płaska płyta kwadratowa - 1,17
Bryły 3D:
wklęsła pusta półkula (3) - 1,42
wypukła pusta półkula (4) - 0,38
kula - 0,5
Wskazane wartości podano dla liczb Reynoldsa. Liczby Reynoldsa) w przedziale $10^4 - 10^6$. Liczba Reynoldsa charakteryzuje zachowanie ciała w ośrodku.

Siła oporu ciała na przepływ powietrza $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, gdzie $\rho$ to gęstość powietrza, $v$ to prędkość przepływu powietrza, $ S $ to powierzchnia przekroju ciała.

Taka turbina wiatrowa obraca się w tym samym kierunku, niezależnie od kierunku wiatru:

Podobną zasadę działania zastosowano w anemometrze kubkowym. anemometr kubkowy)- urządzenie do pomiaru prędkości wiatru:

Taki anemometr wynalazł w 1846 roku irlandzki astronom John Thomas Romney Robinson ( Johna Thomasa Romneya Robinsona):

Robinson uważał, że czasze w jego czterokubkowym anemometrze poruszają się z prędkością jednej trzeciej prędkości wiatru. W rzeczywistości wartość ta waha się od dwóch do nieco więcej niż trzech.

Obecnie do pomiaru prędkości wiatru wykorzystuje się anemometry trójkubkowe opracowane przez kanadyjskiego meteorologa Johna Pattersona. Johna Pattersona) w 1926 r.:

Sprzedawane są generatory oparte na silnikach szczotkowych prądu stałego z pionową mikroturbiną eBay'u za około 5 dolarów:

Turbina taka składa się z czterech łopatek ułożonych wzdłuż dwóch prostopadłych osi, o średnicy wirnika 100 mm, wysokości łopatek 60 mm, długości cięciwy 30 mm i wysokości segmentu 11 mm. Wirnik osadzony jest na wale mikrosilnika komutatorowego prądu stałego z oznaczeniami JQ24-125H670. Znamionowe napięcie zasilania takiego silnika wynosi 3 ... 12 V.
Energia wygenerowana przez taki generator wystarczy, aby zaświecić „białą” diodę LED.

Prędkość obrotowa turbiny wiatrowej Savonius nie może przekraczać prędkości wiatru , ale jednocześnie charakteryzuje się tym projektem Wysoki moment obrotowy (Język angielski) moment obrotowy).

Sprawność turbiny wiatrowej można ocenić porównując moc generowaną przez generator wiatrowy z mocą zawartą w wietrze wiejącym przez turbinę:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$, gdzie $\rho$ to gęstość powietrza (około 1,225 kg/m 3 na poziomie morza), $S$ to powierzchnia omiatana turbina (ang. teren zamieciony), $v$ - prędkość wiatru.

Moja turbina wiatrowa

opcja 1

Początkowo w wirniku mojego generatora zastosowano cztery łopatki w postaci segmentów (połówek) wyciętych cylindrów plastikowe rury:

Rozmiary segmentów -
długość segmentu - 14 cm;
wysokość segmentu - 2 cm;
długość cięciwy segmentu - 4 cm;

Zmontowaną konstrukcję zamontowałem na dość wysokim (6 m 70 cm) drewnianym maszcie wykonanym z drewna, przymocowanym za pomocą wkrętów samogwintujących do metalowej ramy:

Opcja 2

Wada generatora była dość duża wysoka prędkość wiatr potrzebny do obracania ostrzy. Aby zwiększyć powierzchnię użyłem wyciętych ostrzy plastikowe butelki:

Rozmiary segmentów -
długość segmentu - 18 cm;
wysokość segmentu - 5 cm;
długość cięciwy segmentu - 7 cm;
odległość od początku odcinka do środka osi obrotu wynosi 3 cm.

Opcja 3

Problemem okazała się wytrzymałość uchwytów ostrzy. Na początku używałem perforowanych listew aluminiowych produkcji radzieckiej zestaw konstrukcyjny dla dzieci Grubość 1 mm. Po kilku dniach pracy silne podmuchy wiatru doprowadziły do połamania listew (1). Po tej awarii zdecydowałem się wyciąć uchwyty ostrzy z folii PCB (2) o grubości 1,8 mm:

Wytrzymałość na zginanie PCB prostopadle do płytki wynosi 204 MPa i jest porównywalna z wytrzymałością na zginanie aluminium - 275 MPa. Ale moduł sprężystości aluminium $E$ (70 000 MPa) jest znacznie większy niż PCB (10 000 MPa), tj. texolit jest znacznie bardziej elastyczny niż aluminium. To moim zdaniem, biorąc pod uwagę większą grubość uchwytów tekstolitowych, zapewni znacznie większą niezawodność mocowania łopat generatora wiatrowego.
Generator wiatrowy montowany jest na maszcie:

Próbna eksploatacja nowej wersji generatora wiatrowego wykazała jego niezawodność nawet przy silnych podmuchach wiatru.

Wadą turbiny Savonius jest słaba efektywność - tylko około 15% energii wiatru zamieniane jest na energię obrotu wału (jest to znacznie mniej niż można osiągnąć za pomocą turbina wiatrowa Daria(Język angielski) Turbina wiatrowa Darrieusa)), wykorzystując siłę nośną (eng. winda). Ten typ turbiny wiatrowej został wynaleziony przez francuskiego projektanta samolotów Georgesa Darrieusa. (Georges Jean Marie Darrieus) – Patent USA z 1931 r. nr 1835018 .

Georgesa Darrieux

Wadą turbiny Daria jest bardzo słaby samorozruch (aby wygenerować moment obrotowy z wiatru, turbina musi już się rozkręcać).

Konwersja energii elektrycznej wytwarzanej przez silnik krokowy

Przewody silnika krokowego można podłączyć do dwóch mostków prostowniczych wykonanych z diod Schottky'ego w celu zmniejszenia spadku napięcia na diodach.
Można zastosować popularne diody Schottky’ego 1N5817 o maksymalnym napięciu wstecznym 20 V, 1N5819- 40 V i maksymalny stały średni prąd wyprostowany 1 A. Wyjścia prostowników połączyłem szeregowo, aby zwiększyć napięcie wyjściowe.
Można także zastosować dwa prostowniki punktu środkowego. Taki prostownik wymaga o połowę mniej diod, ale jednocześnie napięcie wyjściowe jest zmniejszone o połowę.
Następnie tętnienie napięcia wygładza się za pomocą filtra pojemnościowego - kondensatora 1000 µF przy 25 V. Aby zabezpieczyć się przed podwyższonym generowanym napięciem, równolegle do kondensatora włączona jest dioda Zenera 25 V.

mój schemat generatora wiatrowego

moduł elektroniczny mojego generatora wiatrowego

Aplikacja generatora wiatrowego

Napięcie generowane przez generator wiatrowy zależy od wielkości i stałości prędkości wiatru.

Kiedy wiatr kołysze cienkimi gałęziami drzew, napięcie osiąga 2 ... 3 V.

Kiedy wiatr kołysze grubymi gałęziami drzew, napięcie osiąga 4 ... 5 V (przy silnych porywach - do 7 V).

ŁĄCZENIE Z JOULE THIEF

Wygładzone napięcie z kondensatora generatora wiatrowego można doprowadzić do - niskiego napięcia DC-DC przetwornik

Wartość rezystora R dobiera się eksperymentalnie (w zależności od rodzaju tranzystora) - zaleca się zastosować rezystor zmienny 4,7 kOhm i stopniowo zmniejszać jego rezystancję, uzyskując stabilną pracę przetwornicy.
Zmontowałem taki konwerter na bazie germanu pnp-tranzystor GT308V ( VT) i transformator impulsowy MIT-4V (cewka L1- wnioski 2-3, L2- wnioski 5-6):

ŁADOWANIE JONISTERÓW (SUPERkondensatorów)

Jonistor (superkondensator, angielski) superkondensator) jest hybrydą kondensatora i chemicznego źródła prądu.
Jonizator - niepolarny elementu, ale jeden z zacisków może być oznaczony „strzałką” wskazującą polaryzację napięcia szczątkowego po jego naładowaniu u producenta.
Do wstępnych badań użyłem jonizatora o pojemności 0,22 F dla napięcia 5,5 V (średnica 11,5 mm, wysokość 3,5 mm):

Podłączyłem go poprzez diodę do wyjścia poprzez diodę germanową D310.

Aby ograniczyć maksymalne napięcie ładowania jonizatora można zastosować diodę Zenera lub łańcuch diod LED - ja stosuję łańcuch dwa czerwone diody LED:

Aby zapobiec rozładowaniu już naładowanego jonizatora poprzez ograniczające diody LED HL1 I HL2 Dodałem kolejną diodę - VD2.

Ciąg dalszy nastąpi

Ten materiał na pewno przypadnie Ci do gustu, gdyż przyjrzymy się w nim sposobowi na uzyskanie prostego generatora ze starego komputera, napędu CD/DVD.

Na początek sugerujemy zapoznanie się z filmem autora

Spójrzmy na to, czego potrzebujemy:
- stary napęd CD/DVD;
- nożyce do drutu;
- lutownica;
- dowolna plastikowa obudowa;
- przewody;
- sześciokąt;
- pralka.

Zdaniem autora domowy generator, pomysł jest dość skuteczny, ponieważ stosunek przełożenie obrotów na silnik, który napędza przekładnię, która wyciąga całkiem dużą szufladę na płytę. Jest zatem możliwe, że przy niskich obrotach tego samego biegu dobre obroty uzyskamy na silniku elektrycznym i uda nam się uzyskać generator. O tym, czy nasze plany się sprawdzą, dowiemy się pod koniec przeglądu, ale teraz bierzmy się do pracy.

Najpierw należy wylutować płytkę na której zamontowany jest silnik.

Następnie odcinamy część plastikowej obudowy napędu, w której znajduje się silnik, a także potrzebną nam przekładnię. Później wyciągniemy z tego koła zębatego uchwyt, dzięki któremu będziemy mogli go obracać i wytwarzać prąd.

Bierzemy pierwszy przewód i lutujemy go do jednego ze styków silnika.

Przylutuj drugi przewód do drugiego styku.

Do przetestowania generatora autor pomysłu wykorzystuje wejścia UBS, które montuje się w plastikowej obudowie. Dlatego za pomocą pistoletu do klejenia wkleja do tego korpusu kawałek napędu z silnikiem i przekładnią.

Do wykonania uchwytu potrzebny będzie sześciokąt i podkładka. Części te należy ze sobą połączyć. Autor robi to poprzez lutowanie.

Przylutuj przewody do styków złączy USB.

W drugiej połowie plastikowej obudowy musisz zrobić otwór na występ koła zębatego.

Na koniec przyklej domowe pióro do uchwytu skrzyni biegów. Nasz generator jest gotowy.

W tym artykule rozważymy model potężny generator wykonany z magnesów, który jest w stanie wytworzyć prąd o mocy 300 watów. Rama jest zmontowana z płyt duraluminiowych o grubości 10 mm. Generator składa się z 3 głównych części: obudowy, wirnika, stojana. Głównym zadaniem obudowy jest zamocowanie wirnika i stojana w ściśle określonym położeniu. Obracający się wirnik nie powinien dotykać cewek stojana magnesami. Aluminiowy korpus jest złożony z 4 części. Układ narożny zapewnia prostą i sztywną konstrukcję. Korpus wykonany jest na maszynie CNC. Jest to zarówno zaleta, jak i wada tego rozwoju, ponieważ aby uzyskać wysokiej jakości powtórzenie modelu, trzeba znaleźć specjalistów i maszynę CNC. Średnica talerzy wynosi 100 mm.

Gotowy generator elektryczny możesz także kupić w sklepie internetowym.

Wirnik generatora elektrycznego I. Belitsky

Wirnik jest żelazną osią. Znajdują się na nim 2 żelazne dyski z magnesami neodymowymi. Pomiędzy tarczami na osi wciśnięta jest żelazna tuleja. Jego długość zależy od grubości stojana. Jego celem jest zapewnienie minimalnej szczeliny pomiędzy obracającymi się magnesami a cewkami stojana. Każdy dysk zawiera 12 magnesów neodymowych o średnicy 15 i grubości 5 mm. Przygotowano dla nich miejsca na dysku.

Trzeba je przykleić żywica epoksydowa lub inny klej. W takim przypadku należy ściśle przestrzegać polaryzacji. Po złożeniu magnesy należy ustawić tak, aby naprzeciw każdego z nich znajdował się drugi z przeciwległego dysku. W takim przypadku bieguny muszą być różne względem siebie. Jak pisze sam autor opracowania (Igor Beletsky): „Warto byłoby mieć różne bieguny, aby linie siły wychodziły z jednego i wchodziły w drugi, zdecydowanie S = N”. Magnesy neodymowe można kupić w chińskim sklepie internetowym.

Urządzenie stojanowe

Jako podstawę zastosowano arkusz tekstolitu o grubości 12 m. W blasze wykonano otwory na cewki i tuleje wirnika. Zewnętrzna średnica żelaznych cewek zainstalowanych w tych otworach wynosi 25 mm. Średnica wewnętrzna jest równa średnicy magnesów (15 mm). Cewki spełniają 2 zadania: funkcję rdzenia przewodzącego magnetycznie oraz zadanie ograniczenia sklejania się podczas przemieszczania się z jednej cewki na drugą.

Cewki wykonane są z izolowanego drutu o grubości 0,5 mm. Na każdą cewkę nawiniętych jest 130 zwojów. Kierunek nawijania jest taki sam dla wszystkich.

Tworząc potężny generator, musisz wiedzieć, że im wyższą prędkość można zapewnić, tym wyższe będzie napięcie wyjściowe i prąd urządzenia dla darmowej energii.

Prosty generator wiatrowy można złożyć z kilku wadliwych dyski twarde i pompa wody od pralka. alternatywna energia bliżej, niż się wydaje, jest teraz więcej niż wystarczająco śmieci, aby wyprodukować takie niezbędne gadżety. Ten projekt oczywiście nie zasili całego domu prądem, ale całkiem nadaje się do ładowania wszelkiego rodzaju gadżetów USB.

Będzie potrzebował

Automatyczna pompa pralka. Stoi na samym dnie i służy do pompowania wody z bębna do kanalizacji.
Cztery dyski twarde różnych producentów.
Słup to długa rura służąca do zainstalowania wiatraka na dużej wysokości.
Śruby, nakrętki, podkładki.
Przewody.

Kilka słów o pompie wody

Jako generator wytwarzający energię elektryczną zostanie wykorzystana pompa wodna. Składa się z ruchomego wirnika z magnesami trwałymi oraz ruchomego stojana z rdzeniem magnetycznym w kształcie litery U i umieszczoną na nim cewką.

Rotor można dość łatwo wyciągnąć.

Dzięki zastosowaniu magnesy trwałe, taka pompa doskonale sprawdza się w roli generatora, zdolnego dostarczyć napięcie do 250 V. Oczywiście nasz wiatrak nie będzie generował takich prędkości, a napięcie wyjściowe będzie kilkukrotnie niższe.

Produkcja generatorów wiatrowych

Postanowiono zabezpieczyć pompę narożnikami stalowymi konstrukcyjnymi, wyginając je i docinając w razie potrzeby.

Okazało się, że jest to rodzaj zacisku.

W obwodzie magnetycznym pompy wykonano otwór w celu bardziej niezawodnego mocowania.

Zmontowana jednostka.

Łopaty turbin wiatrowych

Łopatki wykonane są z rury PCV.

Przecinamy rurę na trzy równe części wzdłuż.

A następnie z każdej połówki wycinamy własne ostrze.

Wykonujemy otwory w miejscach mocowania ostrzy do generatora.

Mocowanie ostrza

Do mocowania łopat generatora wiatrowego wykorzystano dwa dyski z dysku twardego.

Otwór w którym idealnie pasuje do średnicy wirnika.

Zaznaczmy to.

Wiercimy.

Tarcze mocuje się do wirnika za pomocą śrub, podkładek i nakrętek.

Przykręć ostrza.

Jednostka obrotowa

Aby wiatrak obracał się w różnych kierunkach w zależności od wiatru, należy go zainstalować na obrotnicy, w której roli znajduje się silnik z twardy dysk, ponieważ są tam bardzo dobre łożyska.