Jak vyrobit větrný generátor vlastníma rukama?

Větrný generátor pro výrobu elektřiny je nenahraditelným zdrojem elektřiny tam, kde není mnoho slunečního světla, poblíž nejsou řeky a neexistují centralizované rozvodné sítě.

Principem činnosti větrného generátoru je přeměna větrné energie na elektrickou energii.

V systémech, kde je k výrobě elektřiny potřeba tepelná energie, používají:

• motor běžící na plyn, benzín nebo naftu;
• uvolňování tepla z desek a bloků jaderného reaktoru, jehož teplo se využívá k přeměně vody na páru - v parní turbíně;
• různé druhy paliva spalovaného v kogenerační jednotce, nahrazující teplo, teplo z jaderného reaktoru.

Solární panely stojí odděleně, kde se jako zdroj energie používá světlo, nikoli tepelná nebo mechanická energie.

Ale zpět k „větrným turbínám“, jejichž princip fungování je následující. Síla větru roztáčí vrtuli, která pohání hřídel motorgenerátoru. Spolu s hřídelí se synchronně otáčí rotor motoru, na kterém jsou instalovány permanentní magnety. Magnetické pole procházející statorovým vinutím v něm indukuje střídavý proud v důsledku změny síly magnetického toku procházejícího závity cívek, ze kterých je vinutí sestaveno. Střídavé elektrické napětí se přivádí do elektronického obvodu, kde se přeměňuje na stejnosměrné napětí. Četná zařízení a zařízení, která to potřebují, pracují ze stejnosměrného proudu.

Každý může vyrobit generátor pro letní chaty nebo polní podmínky, který generuje střídavý proud o napětí 220 V. Čím působivější jsou rozměry konstrukce, tím větší účinnost zpětného rázu obdrží konkrétní uživatel. Není problém vyrobit generátor, který vyrobí jeden nebo několik kilowattů elektřiny za hodinu. Elektřina získaná z takové instalace je schopna napájet téměř všechny elektrické spotřebiče v domě, včetně zahradní techniky.

Instalace vzdáleně připomíná korouhvičku s vrtulí, díky které se tato konstrukce otáčí tam, kam fouká vítr. To je nezbytné pro maximalizaci jeho síly a rychlosti.

Horizontální vrtule se otáčí dříkem umístěným na zadní straně jednotky. Vertikální stopka není potřeba - její listy jsou umístěny tak, že vrtule sama nastartuje téměř o půl otáčky, ať fouká vítr z kterékoli strany.

Aby větrná turbína pracovala s maximální účinností, je vyžadována rychlost 3000 ot/min nebo více. U generátorů vyrábějících střídavý proud tato frekvence odpovídá hodnotě 50 hertzů, která je typická pro domácí průmyslové elektrárny. Po roztočení motorgenerátoru o hmotnosti cca 10 kg není problém získat 2 kW každou hodinu.

Hlavním prvkem každého modelu větrné farmy je motorgenerátor. Funguje jako motor – stejnosměrný nebo střídavý proud roztáčí rotor (a s ním i hřídel). Je možné pracovat i obráceně - jako generátor.

Mezi motory používané jako generátory patří kartáčové, bezkomutátorové asynchronní a krokové motory. Právě tyto tři typy motorů jsou oblíbené u amatérů, kteří sestavují větrné turbíny vlastníma rukama.

U kolektorového motoru jsou vinutí rotoru (kotvy) umístěny v konstantním magnetickém poli statorových magnetů. Konstantní napětí odebrané ze svorek takového motoru při rozkroucení jeho hřídele s kotvou je přenášeno z proudových kontaktů kotvy přes kartáče. Samotné kartáče jsou slabým místem takového motoru - rychle vyčerpávají svůj zdroj. Zpravidla je takový generátor pod stálým zatížením, když se kotva pohybuje, kartáče jiskří. Několik dní nepřetržitého provozu takového zařízení může zcela opotřebovat kartáče, v důsledku čehož bude nutné je vyměnit.

Nejlepší možností je bezkomutátorový motor. V něm se v prostoru mezi statorovými vinutími otáčí rotor s magnety. Samotná vinutí zůstávají nehybná, nepotřebují posuvné kontakty. Díky takto jednoduchému řešení může instalace fungovat desítky let - důležité je pouze jednou za sezónu nebo za půl roku promazat ložiska motoru, která jsou zodpovědná za dokonalé otáčení rotoru bez vůle. Populární řešení na bázi bezkomutátorového motoru – asynchronního nebo krokového – má k dispozici téměř každý domácí „kutil“.

Asynchronní motor se používá v elektrickém nářadí - například v brusce. Stepper lze nalézt v široké škále zařízení - od motorového kola jízdního kola až po mechanický pohon tiskárny nebo diskovou jednotku.

Motor s variabilním kartáčem používaný v rotačních kladivech, bruskách, šroubovácích, skládačkách a elektrických hoblovačkách stojí stranou. Jejich nevýhodou je nutnost demontovat kartáče a vrtání rotoru pro neodymové magnety. V důsledku toho z aktivních vinutí zůstává pouze vinutí statoru - vinutí rotoru je zcela odstraněno.

Větrný generátor vyrobený z ventilátoru bude vyžadovat vrtání rotoru pro neodymové magnety. Konstrukce motoru ventilátoru pro domácnost není navržena tak, aby přijímala elektrický proud roztočením rotoru. Počítačový chladič (chladič čipů) - ventilátor systémové jednotky PC nebo notebooku - spadá pod stejnou změnu.

Traktorový nebo automobilový generátor využívá přídavné polní vinutí, které je napájeno z baterie samotného stroje. Aby generátor vyráběl např. střídavý proud 135 ampér s napětím 15 voltů, odebírá budicí vinutí rotoru po zapnutí zapalování stejnosměrný proud 3 ampéry o napětí 12,6-14 V. hlavním zdrojem energie pro generátor je stále klikový hřídel spalovacího motoru na benzín, naftu nebo metan/propan. Traktorový nebo automobilový generátor bude vyžadovat odstranění budícího vinutí a místo toho instalaci neodymových magnetů.

Nejběžnější možností je použití motoru pračky pro domácí generátor. Pokud není stará „pračka“ k dispozici, najdete takový motor v obchodech s nevyžádanými produkty na trhu pro domácnost, v nejbližším servisním středisku pro domácí spotřebiče nebo ve specializovaném obchodě. Není problém si takový motor objednat z Číny.

Nové i použité budou fungovat dlouho. 200 wattů výkonu lze snadno převést na kilowatty nebo více.

K sestavení generátoru potřebujete kromě motoru:

• neodymové magnety ve velikostech 20, 10 a 5 mm (celkem 32);
• usměrňovací diody nebo diodový můstek s proudem desítek ampér (dodržujte pravidlo dvojnásobné výkonové rezervy);
• epoxidové lepidlo;
• svařování za studena;
• smirkový papír;
• cín ze strany plechovky.

Magnety se objednávají online z Číny.

Následující nástroje urychlí výrobní proces:

• soustruh;
• nůžky;
• šroubovák s tryskami;
• kleště.

Generátor jako zařízení generuje střídavý proud, který je nutné přeměnit na stejnosměrný proud, přivedený na požadovanou hodnotu napětí. Pokud motor-generátor produkuje řekněme 40 voltů, pak je nepravděpodobné, že by to byla vhodná hodnota pro většinu spotřební elektroniky, která spotřebovává 5 nebo 12 voltů DC nebo 127/220 voltů AC.

Schéma celé instalace, prověřené časem a miliony uživatelů, obsahuje usměrňovač, regulátor, baterii a měnič. Jako vyrovnávací zásobník akumulované energie slouží autobaterie o kapacitě 55-300 ampérhodin. Jeho provozní napětí je 10,9-14,4 V s cyklickým nabíjením (úplný cyklus nabití-vybití) a 12,6-13,65 s bufferem (porcovaný, dávkovaný, když potřebujete dobít částečně vybitý akumulátor).

Regulátor převádí např. stejných 40 voltů na 15. Jeho účinnost ve voltampérovém rozsahu se pohybuje od 80-95% - bez ztrát na usměrňovači.

Největší účinnost má třífázový generátor. - jeho výkon je o 50% větší než u jednofázového, při provozu nevibruje (vibrace uvolňují konstrukci, takže je krátkodobá).

Cívky ve vinutí každé z fází se navzájem střídají a jsou zapojeny do série - jako póly magnetů, jedna ze stran směřuje k cívkám.

Moderní domácí spotřebiče a elektronika jsou schopné provozu od 110 voltů (americký standard pro domácí sítě) do 250 - více se nedoporučuje dávat síťovým spotřebičům a zařízením. Všechny měniče jsou impulsní, ve srovnání s lineárními jsou jejich tepelné ztráty mnohem menší.

Chcete-li upravit konstrukci indukčního motoru, proveďte následující.

1. Demontujte motor a vyjměte rotor.
2. Demontujte desky z kotvy rotoru. Ořízněte je do hloubky 2 mm.
3. Vytvořte drážky až do hloubky 5 mm - pro magnety.
4. Označte proužek pocínovaného plechu pro magnety. Měly by být od sebe stejně vzdáleny – zabráníte tak zbytečné ztrátě výkonu instalace.
5. Připevněte je k tomuto pruhu cínu pomocí superlepidla. Upevněte pásek pomocí magnetů na kotvu.
6. Prostor mezi magnety vyplňte studeným svařováním nebo epoxidovým lepidlem.
7. Odstraňte otřepy a nerovnosti na rotoru brusným papírem.
8. Zkontrolujte – a v případě potřeby vyměňte – ložiska a šrouby motoru.

Sestavte motorgenerátor. Zařízení je připraveno k další instalaci. Pro kontrolu zařízení upněte jeho hřídel do sklíčidla vrtačky nebo šroubováku a zrychlete na 1000 ot./min.

Při menší hodnotě spočívá chyba v nerovnoměrném střídání magnetů v libovolném bodě kružnice otáčení kotvy.

Chcete-li sestavit větrnou turbínu, proveďte následující.

1. Z PVC trubky o průměru 11-16 cm vystřihněte stejné kusy, které délkou odpovídají budoucím čepelím.
2. Na každý segment nakreslete libovolnou čáru a ustupte od ní na obě strany o 22 mm. V souladu s tím šířka jedné čepele dosáhne 44 mm. Opakujte tuto akci pro opačný konec segmentu čáry.
3. Přímo spojte krajní body na jedné straně středové čáry.
4. Nakreslete na druhou stranu obrysy budoucí čepele.
5. Vzniklou čepel vystřihněte a její volný konec zaoblete nabroušením. Opakujte výše uvedené kroky pro zbytek nožů.
6. Připevněte lopatky k náboji pomocí adaptéru pouzdra. Jako spojovací materiál jsou vhodné šrouby s maticemi a pružnými podložkami. Šířka každé čepele po celé její délce se pohybuje od 44 do 88 mm.

To stačí na to, aby vítr roztočil oběžné kolo na rychlost 3 m/s. Výsledná konstrukce musí být vyvážená – správné vyvážení zabrání vzniku slepých míst, která zpomalují generátor při otáčení vrtule.

Motor-generátor s nainstalovaným oběžným kolem může být umístěn v ochranném pouzdru, které jej chrání před atmosférickými srážkami. Generátor zůstane v suchu za všech povětrnostních podmínek, chráněn před deštěm a sněhem, vydrží roky. Chcete-li sestavit kryt, postupujte takto:

1. v trubce o průměru 7,5 cm vyřízněte podélnou drážku o šířce 2 cm;
2. odřízněte zadní konec řezané trubky pod úhlem 45 stupňů;
3. umístěte motorgenerátor s vrtulí do této trubky a upevněte ji k ní.

Volné otáčení motoru vyžaduje otočný kloub s kuličkovým ložiskem, podobný tomu, který se nachází u domácího ventilátoru. Může se nekonečně otáčet na obě strany.

Aby se kabel, pomocí kterého se odvádějí proudy indukované ve vinutí statoru, nenamotával nebo nekroutil, musí být spojení v závěsu posuvné, ale musí zajišťovat spolehlivý a stabilní elektrický kontakt motorgenerátoru s dále umístěné funkční jednotky okruhu.

Použití kontaktu kartáč-grafit je neopodstatněné - grafit má elektrický odpor řádově vyšší než hliník a ocel a výkon instalace se znatelně sníží. Závěs se instaluje na základnu z kusu tvarové trubky. Po sestavení zkontrolují, zda se výsledný otočný mechanismus nezasekává, netočí a zda není roztřepený kabel.

Za předpokladu kluzného kontaktu a volného otáčení zařízení ve směru větru je k přídavnému vnějšímu krytu motoru připevněna stopka, vyrobená například z plastové vodovodní trubky a kusu plastového plechu nebo hliníku.

Jako podpěra se používá kulatá nebo profilová trubka, jejíž jeden konec je zabetonován v zemi - ne méně než metr. Aby se podpora v průběhu času od hurikánu neohýbala, je doplněna třemi nebo šesti striemi, které se sbíhají ve středu pod stejným úhlem a směřují různými směry.

Po dokončení montáže motorgenerátorové části se v případě potřeby namontuje vedle motoru diodový usměrňovač. Proudové ztráty ve vodičích lze výrazně snížit použitím zvyšovacího transformátoru umístěného v blízkosti generátorového soustrojí - jako u vedení, která přenášejí průmyslovou elektřinu na velké vzdálenosti.

Regulátor nabíjení, baterie a střídač jsou dále zahrnuty podle schématu. Větrná turbína je plně sestavena a připravena k provozu.

Domácí větrná turbína pro soukromý dům generuje konstantní nebo střídavé napětí několika desítek voltů, což představuje pro člověka zvýšené nebezpečí. Živé kontakty a vodiče musí být spolehlivě izolovány – dešťová voda je okyselené prostředí, které dobře vede elektrický proud.

Větrná energie je nestálá. Nejlepším řešením by byl nízkorychlostní generátor s více než tuctem magnetů a cívek. Čím více cívek, tím silnější by měl být drát vinutí. Příliš tenká sekce v důsledku celkového odporu desítek ohmů několikanásobně sníží užitečný výkon generátoru. Pro vážné zatížení - například z elektrického sporáku nebo pračky - při 220 voltech, proud až 10 A.

Konstrukce podomácku vyrobeného generátoru – pokud se pro výrobu elektřiny nepoužívá upravený motor – musí být dokonale plochá a symetrická. Před instalací cívek a magnetů je třeba vycentrovat samotný "spinner". Je jedno, co se použije – vyřazené CD nebo podomácku vyrobená miniaturní kopie větrného mlýna, sebemenší nevyváženost je již nepřijatelná.

Snažte se dosáhnout minimálního hluku - v ideálním případě by měl chybět. Pokud bude vaše instalace, která není namazána v místě ložisek, reklamována z důvodu neustálého skřípání a klepání při otáčení, může taková reklamace vést k problémům se zákonem, zejména v noci. Ostatní důvody, proč vás tvrdit jako vlastníka větrné turbíny, jsou bezvýznamné - větrné turbíny jsou zcela legální, protože vlastník tohoto zařízení s ním nevyrábí elektřinu v průmyslovém měřítku, jako je tomu v Evropě a Americe.

Instalace by neměla být příliš vysoká - nad sloupy, podél kterých prochází elektrické vedení. V každém městě, letní chatě nebo venkovské osadě existuje omezení na výšku budovaných staveb.

Správným a mimořádně odpovědným přístupem k řešení problému s elektřinou pomocí větrného generátoru se spotřebitel zbaví prostojů spojených s výpadky elektřiny. Vždy je lepší pracovat dopředu – v rámci zákona – než čekat roky na to, co úřady slibují.

Jak vyrobit větrný generátor vlastníma rukama, viz níže.