Вертикальный ветрогенератор своими руками: как собрать ветряк с вертикальной осью вращения

Как сделать ветрогенератор своими руками

Чтобы смонтировать это устройство в домашних условиях вам потребуется:

• Доскональные знания электрика;
• Источник питания. Это может быть генератор переменного тока или асинхронный двигатель.
• Надежное место для установки аппарата. Так как вес отдельных бытовых агрегатов может достигать от 200 до 800 кг.
• Ниодимовые магниты. Этот класс магнитов обладает большей производительностью;

Различные виды форм. В нашем случае более подходят прямоугольные или круглые

• Провода подходящего сечения;
• Материалы для монтажа рамы и непосредственно ветряка.

Как уже описывалось выше, существуют множество вариантов конструкций. От габаритов и способа соединения узлов зависит шумовой фон, создаваемый агрегатом. Если вы не хотите неприятностей с соседями, обсудите этот вопрос заранее, так как отдельные агрегаты работают достаточно шумно, например, как собранный своими руками ветряной генератор в следующем видео.

После проведения всех предварительных мероприятий вам потребуется подобрать подходящий вашим потребностям источник питания. При ограниченных финансовых возможностях возможны два бюджетных варианта:

• Автомобильный генератор;
• Асинхронный двигатель со стиральной машины.

У каждого варианта есть свои положительные и отрицательные стороны.

Вариант ветрогенератора из стиральной машины своими руками

Для увеличения мощности двигатель модернизируют, заменяя ферритовые магниты на ниодимовые. Следует отметить, что установка магнитов довольно трудоемкий процесс, требующий определенных навыков.

Пример расположения ниодимовых магнитов в двигателе от стиральной машины

В целях экономии времени и нервов, более простой вариант – это покупка готового ротора подходящего размера.Рационально применять такой двигатель в устройстве с небольшими габаритами.

Изготовление ветрогенератора своими руками из автомобильного генератора

Этот вариант также нуждается в доработке, так как стандартный образец работает при 5000 – 6000 оборотах в минуту. В модернизацию входят:

Прибор укомплектовывается ниодимовыми магнитами. Они устанавливаются в строгом порядке, то есть полюса чередуются. Для удобства из плотного картона вырезается шаблон;

Шаблон расположения магнитов

• Перематывается обмотка статора. Количество витков увеличивается, следовательно, сечение провода уменьшается.
• В стандартной комплектации нет магнитов, поэтому центральный вал нужно выполнить из немагнитного материала, например, из титана.

Но даже при соблюдении всех требований для оптимального напряжения, ротор должен вращаться от 500 раз в минуту.

Общие отрицательные характеристики:

• Оба варианта недолговечны, требуют ежегодного ремонта или замены;
• Вырабатываемой мощности не хватит на полноценное энергоснабжение;
• Нуждаются в существенной доработке.

Если уж вы обладаете нужными знаниями и примерно знаете, как сделать ветрогенератор на 220В своими руками более рационально будет смонтировать агрегат большей мощности.

Один из многочисленных аварийных случаев

Вертикальный ветрогенератор своими руками

Используемые материалы и оборудование

Габариты турбины могут быть выбраны произвольно – чем больше, тем мощнее. В примере диаметр изделия – 60 см.

Для изготовления вертикальной турбины понадобится:

1. Труба Ø 60 см (желательно из нержавеющей стали – оцинковка, дюраль и т.д.).
2. Прочный пластик (два диска диаметром 60 см).
3. Уголочки для крепления лопастей (по 6 шт. на каждую) – 36 шт.
4. Для основы – ступица автомобильная.
5. Гайки, шайбы винты для крепления.

Оборудование и инструмент:

1. Лобзик.
2. Болгарка.
3. Дрель.
4. Отвёртка.
5. Ключи.
6. Перчатки, маска.

Для балансировки лопастей можно использовать небольшую металлическую пластину, магниты, а при небольшом дисбалансе можно просто просверлить отверстия.

Чертеж устройства ветрогенератора

Изготовление вертикального ветряка

1. Металлическая труба разрезается вдоль так, чтобы получилось 6 одинаковых лопастей.
2. Из пластика вырезается две одинаковых окружности (диаметр 60 см). Это будет верхняя и нижняя опора турбины.
3. Чтобы немного облегчить конструкцию, можно вырезать в верхней опоре по центру круг Ø 30 см.
4. В зависимости от того, сколько на автомобильной ступице отверстий, размечаются по ним точно такие же отверстия для крепления в нижней пластиковой опоре. Просверливаются дрелью.
5. По шаблону нужно разметить расположение лопастей (два треугольника, образующих звезду). Отмечаются места крепления уголков. На двух опорах должно получиться идентично.
6. Лопасти обрезать лучше не по одной, а все сразу (используется болгарка).
7. Места креплений уголков нужно отметить и на лопастях. Затем просверлить отверстия.
8. При помощи уголков лопасти крепятся к кругам-основаниям болтами и гайками через шайбы.

Чем длиннее лопасти, тем мощнее будет агрегат, но тем труднее его будет отбалансировать, в сильный ветер конструкцию «разболтает».

Генератор своими руками

Для ветряка нужно подбирать самовозбуждающийся генератор на постоянных магнитах (такие использовались в тракторах Т-4, МТЗ, т-16, т-25).

Если поставить обычный автомобильный генератор, у них обмотка напряжения работает от аккумулятора, то есть: нет напряжения – нет возбуждения.

Значит, если установить автогенератор + аккумулятор, и долгое время будет слабый ветер, аккумулятор просто разрядится и когда ветер появится вновь, система не запустится.

Либо изготовить ветрогенератор на неодимовых магнитах своими руками. Выдавать такой агрегат будет при слабом ветре 1,5 кВт, максимально, при сильном ветре 3,5 кВт. Инструкция по шагам:

Делаются два металлических блина, диаметром по 50 см.

На них по периметру на супер-клей крепятся по 12 неодимовых магнитов на каждой (размером примерно 50 х 25 х 1,2 мм). Магниты чередуются: «север» — «юг».

Блины размещаются друг напротив друга, полюса тоже ориентируются «север» — «юг».

Между ними размещается самодельный статор. Это 9 катушек медной проволоки сечением 3 мм. По 70 витков в каждой. Между собой они соединяются по схеме «звезда» и заливаются полимерной смолой. Катушки наматываются в одну сторону. Для удобства начало и конец обмотки нужно пометить (например, изолентой разных цветов).

Самодельный генератор для ветряка из неодимовых магнитов

Толщина статора около 15 — 20 мм. При его изготовлении нужно предусмотреть выходы обмоток с катушек через болты с гайками. С них будет идти питание генератора.

Расстояние между статором и ротором – 2 мм.

Суть работы в том, что север и юг магнитов меняются местами, что заставляет электрический ток «бегать» через катушку.

Магниты роторов будут очень сильно притягиваться. Чтобы соединить детали плавно, нужно просверлить в них отверстия и нарезать резьбу для шпилек. Роторы сразу выравниваются относительно друг друга и, постепенно, при помощи ключей, опускается верхний на нижний. После всего временные шпильки убираются.

Этот генератор можно использовать как на вертикальную, так и на горизонтальную модель.

Процесс сборки

• На мачте устанавливается кронштейн для крепления статора (он может быть трёх или шести лопастной).
• Над ним закрепляется гайками ступица.
• В ступице 4 шпильки. На них закручивается генератор.
• Статор генератора соединяется с кронштейном, неподвижно закреплённым на мачте.
• На вторую пластину ротора закрепляется лопастная турбина.
• От статора провода клеммами подключаются на регулятор напряжения.

Схемы и способы подключения

Хотя ветроустановка может работать и автономно, значительно лучшего результата удается достичь при помощи комбинированных схем, предусматривающих сочетание ветрового устройства с солнечными батареями, централизованной электросетью, дизельными или газовыми источниками энергии.

Автономная работа. В этом случае ставится единичная установка, при помощи которой улавливается и накапливается ветровая энергия, которая затем преобразуется в необходимый потребителям электрический ток.

На схеме продемонстрирован наиболее простой способ применения ветрогенератора, который целесообразно использовать в регионах, где постоянно дуют сильные ветра

Совмещение ветрогенератора с солнечными панелями. Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом электроснабжения. В случае отсутствия ветра аккумулятор работает от солнечных панелей, а в пасмурную погоду и в течение ночи зарядка происходит от ветровой установки.

Идеальный вариант для частного дома или хозяйства, расположенного вдали централизованной электросети. Такая комбинированная схема позволяет использовать два вида возобновляемой энергии

Комбинированная работа ветрогенератора и электросети. Ветротурбину можно совмещать с элетрокоммуникациями.

Подобная схема типична для промышленных и коммерческих устройств. Подключение к электрокоммуникациям предусматривают также некоторые модели бытовых ветрогенераторов

При избытке произведенного электричества оно поступает в централизованную сеть, а при его недостатке имеется возможность воспользоваться электрическим током из общей энергосистемы.

Расчет мультипликатора

Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение – это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.

При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.

Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.

Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А – согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов – для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа – без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.

Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).

Самостоятельное изготовление домашней ветродуйки из шагового двигателя

Шаговые двигатели используются во многих электромеханических устройствах, например в принтерах. Если начать вращать вал такого движка, то на его клеммах появится электрическое напряжение. Это означает, что шаговый электродвигатель можно использовать в качестве электрогенератора.

Что подготовить для работы

Перед началом работы следует обзавестись маленьким шаговым электродвигателем, например от принтера. Приготовить электронные компоненты и провода для того, чтобы собрать схему выпрямителя. Потребуются обрезки тонкой листовой стали или алюминия для создания конструкции. И обязательно − мелкий крепёж. Нужен несложный слесарный инструмент и паяльник.

Чертежи и эскизы

Конструкторскую часть можно оформить в виде эскизов. Электродвигатель устанавливается на фанерную пластину по посадочным отверстиям на корпусе моторчика. Схема выпрямителя приведена на рисунке ниже.

ФОТО: YouTube.comЭлектрическая схема выпрямителя для генератора из шагового двигателя

Технология изготовления

Двигатель привинтить к фанерной пластине. Для увеличения его оборотов и получения повышенного напряжения можно сделать повышающий обороты редуктор. Для этого, тщательно определив межцентровое расстояние и выбрав параметры зуба, нужно на этой же базовой пластине на оси установить шестерню большего диаметра.

ФОТО: YouTube.comПовышающий обороты редуктор

Ручка на ведущей шестерне нужна для проверочных работ и для выработки тока при срочной зарядке микроаккумуляторов.

ФОТО: YouTube.comУстройство в сборе для проверки его работыФОТО: YouTube.comНа плате установлены мотор-генератор и блок выпрямителя

Проверка работоспособности

Для проверки работоспособности готового устройства к нему подключается USB-тестер. При вращении ручки на мониторе тестера появляется значение величины электрического напряжения.

ФОТО: YouTube.comПроверка работоспособности устройства

Для работы в качестве ветрогенератора на вал двигателя следует одеть крыльчатку.

Как самостоятельно изготовить ветрогенератор вертикального типа

Самостоятельное изготовление ветрогенератора вполне возможно, хотя и не так просто, как может показаться на первый взгляд. Понадобится либо собрать весь комплект оборудования, что весьма сложно, либо некоторые его элементы приобрести, что довольно дорого. В состав комплекта могут входить:

• ветрогенератор
• инвертор
• контроллер
• комплект аккумуляторов
• провода, кабели, вспомогательное оборудование

Оптимальным вариантом станет частичное приобретение готового оборудования, частичное изготовление своими руками. Дело в том, что цены на узлы и элементы очень высоки, доступны не для всех. Кроме того, высокие единовременные вложения заставляют задуматься, нельзя ли эти средства реализовать более эффективным образом.

Система работает следующим образом:

• ветряк вращается и передает момент на генератор
• возникает электрический ток, который заряжает аккумулятор
• аккумулятор присоединяется к инвертору, преобразующему постоянный ток в 220 В 50Гц переменного тока.

Сборку обычно начинают с генератора. Наиболее удачным вариантом является сборка 3-фазной конструкции на неодимовых магнитах, позволяющей вырабатывать соответствующий ток.

Вращающиеся части делаются на основе одной из систем, наиболее доступной для воссоздания своими руками. Лопасти изготавливаются из отрезков труб, распиленных пополам металлических бочек или согнутого определенным образом листового металла.

Мачта сваривается на земле и устанавливается в вертикальное положение уже в готовом виде. Как вариант, делается из дерева сразу на месте установки генератора. Для прочной и надежной установки следует сделать для опор фундамент и закрепить мачту анкерами. При большой высоте ее следует дополнительно закрепить растяжками.

Все узлы и детали системы требуют подгонки друг к другу по мощности, настройки работоспособности. Заранее сказать, насколько эффективным будет ветрогенератор, невозможно, так как слишком много неизвестных параметров не позволят вычислить характеристики системы. При этом, если изначально закладывать систему под определенную мощность, то на выходе всегда получаются довольно близкие значения. Основным требованием становится прочность и аккуратность изготовления узлов, чтобы работа генератора была достаточно стабильной и надежной.

Типы вертикальных ветрогенераторов

Внешний вид и характеристики вертикальных ветрогенераторов во многом зависят от конструктивного устройства этих устройств. Давайте разберемся с основными.

Ортогональные системы

Технические характеристики ортогональной вертикальной ветряной турбины предполагают не очень высокую производительность при больших размерах по сравнению с устройствами с горизонтальной осью, однако независимость от направления ветра делает ее приоритетной.

• Все лопасти удалены от центра вращения на определенное расстояние.
• С таким устройством приводной механизм можно разместить на уровне земли, что значительно облегчает выполнение работ по техническому обслуживанию и ремонту.
• В основе конструкции этих генераторов лежит центральная (вертикальная) ось вращения и несколько плоских лопастей, расположенных параллельно ей.

Ротор Дарье

Лопасти этого генератора полностью отличаются от предыдущих. Обычно это две-три полосы характерной изогнутой формы, не имеющие аэродинамического профиля. Они прикреплены к основанию и вершине центральной оси вращения.

• Устройство способно развивать высокую скорость вращения.
• Агрегат также можно разместить на основании.
• Направление ветра также не имеет значения для турбины.

КПД такого ветрогенератора также не очень высок из-за тех же динамических нагрузок, которые все же ложатся на вращающиеся агрегаты. При этом запустить генератор может только порыв ветра достаточной силы — при равномерном увеличении потока пуска не будет.

Ротор Савониуса

Эти агрегаты имеют полуцилиндрическую лопастную систему.

• Мощность генераторов этого типа не превышает 5 кВт.
• Из недостатков системы можно отметить большой расход металла и, как следствие, вес.
• Система способна эффективно работать даже в условиях слабого ветра.
• Они редко используются в качестве отдельных источников энергии, в основном используются для создания пускового момента в роторах Дарье.
• КПД устройства также ниже, чем у генераторов на горизонтальной оси.
• Эти генераторы отличаются от других моделей высоким пусковым моментом.

Многолопастные роторы с направляющей системой

Такая конструкция, по сути, мало чем отличается от классической ортогональной системы, за исключением того, что ротор состоит из двух рядов лопастей (внешнего и внутреннего).

• Внутренний ряд вращается от воздушного потока, который отражается от внешнего под определенным углом.
• Эффективность конструкции очень высока, что позволяет ей эффективно работать даже при небольших скоростях ветра.
• Внешний ряд служит ориентиром. Поскольку он статичен, его задача — улавливать поток ветра, сжимать его и направлять внутрь. Таким образом, поток ветра фактически увеличился.
• Специалисты считают эти генераторы наиболее эффективными, но слишком высокая цена делает эту категорию устройств менее доступной.

Ветрогенераторы с геликоидными роторами

Такие роторы еще называют установками Горлова. Действительно, мы снова сталкиваемся с модификацией ортогональной системы, однако лопасти используются не прямые, а закрученные по дуге.

• Надежность таких роторов очень высока, однако ложку дегтя нам не бросить. Во время работы агрегата на небольшом расстоянии создаются достаточно громкие звуковые эффекты, в том числе звуковые волны.
• Производство лопаток сложной формы довольно дорогое, поэтому стоимость готового агрегата достаточно высока.
• Такая конструкция позволяет легко захватывать даже небольшие потоки воздуха и плавно вращаться, без рывков, что значительно снижает динамическую нагрузку, а вращающиеся основания и агрегаты работают долго и правильно.

Вертикально-осевые роторы

Лопасти такого генератора расположены вертикально, плавно изгибаются и чем-то напоминают крыло авиалайнера.

• Конструкция очень эффективна и имеет довольно солидный срок службы.
• Продукцию завода тоже нельзя отнести к самым дорогим, поэтому они пользуются большим спросом.
• Эти установки быстро набирают скорость работы и практически не шумят, а значит, не мешают другим.

Обзор цен

Стоимость роторных систем преимущественно зависит от мощности ветроэлектростанции. Иными словами, конструкцию на 2 КВт возможно купить за 6200$. Для 10 КВт ценовая политика, на подобный ветряк, составляет 40000$. С целью подзарядить автомобильный аккумулятор или мобильный телефон можно стать владельцем относительно небольшой станции на 0,6 КВт.

Стоить такая станция будет не более 3000$. Роторы естественно имеют свои различия в цене, и зависит это, как правило, от их разновидностей и фирмы производителя. Стоимость роторов российских моделей, как правило, на 1/3 дешевле своих западных собратьев.

При этом, качественные показатели станций, в целом, не имеют, как правило, существенных и ощутимых различий. Приобрести ветрогенератор целесообразно только лишь в том случае, если есть средства для вложения большой суммы денег в долговременную инвестицию при наличии подобающих погодных условий в регионе проживания.

Обслуживание вертикального прибора

Чтобы ветряной вертикальный генератор работал качественно, четко и максимально эффективно, все движущиеся части конструкции обязательно смазывают. Такую процедуру проводят не реже 2 раз за весь календарный год.

Параллельно во время обслуживания подкручивают разболтавшиеся в результате эксплуатации гайки, укрепляют электрические соединения, проверяют механические узлы на наличие коррозийных проявлений, подтягивают ослабшие растяжечные тросы и внимательно осматривают лопасти на предмет разрыва или повреждения.

Зимой за вертикальными установками нужен особый уход. В период морозов лопасти покрываются коркой льда и ее необходимо своевременно очищать, чтобы скорость крутящего момента сохранялась на должном уровне

Покраску деталей производят по мере надобности и 1 раз в год совершают полное обследование всей конструкции на предмет выявления неисправностей. Такой уход обеспечивает корректную работу ветряной установки и продлевает ее эксплуатационный период.

Рекомендации

При сборке ветрогенератора своими руками на 220 В либо меньшее напряжение нужно учитывать нюансы:

токопроводящий кабель стоит протянуть внутри трубы-мачты;
если используется трехфазная система – необходимо установить отдельный инвертор для каждой;
основание должно быть максимально прочным – хорошим решением станет заливка его бетоном;
электронику (инверторы, выпрямители, иное) важно закрыть защитным кожухом.

Ветряки – надежные, долговечные устройства. Ежедневный уход, обслуживание не требуется. При верном подходе к подбору элементов, конструированию можно обеспечить весь дом электрической энергией. Существует множество модификаций для домашнего использования. Выбирать следует исходя из бюджета, собственных знаний, умений.

Как правильно обслуживать ветрогенератор

Чтобы самодельный ветрогенератор прослужил вам максимально долго, следуйте рекомендациям по уходу за ним:

• Один раз в год проводите полную диагностику агрегата для поиска возможных неисправностей или износа составных частей: осматривайте лопасти, подкручивайте разболтавшиеся гайки, укрепляйте электрические соединения и так далее.
• Дважды в год смазывайте движущие элементы. Эту процедуру можно производить чаще, особенно если год выдался дождливым.
• В зимнее время обязательно счищайте лед с лопастей ветряка. Это обеспечит не только сохранность элементов, но и правильную работу агрегата.
• По мере необходимости подкрашивайте детали.

Этот несложный уход в несколько раз продлевает срок службы вашего генератора и одновременно увеличивает его КПД.