Tuli mieleen yksinkertainen, ilmeinen, mutta loistava idea. Loppujen lopuksi, kun otetaan huomioon, että askelmoottori ei ole vain moottori, joka tarjoaa mekaanisen toiminnan täysin erilaisille laitteille (tulostimista, skannereista ja muista toimistolaitteista erilaisiin vakavammissa laitteissa käytettyihin yksiköihin). Askelmoottori voi olla myös loistava sähköntuottaja!
Ja sen tärkein plus kaikessa on, että se ei vaadi korkeita kierroksia ollenkaan, se voi toimia kunnolla myös pienillä kuormilla. Eli askelmoottori tuottaa energiaa täydellisesti jopa siihen kohdistuvan voiman pienimmällä toiminnalla. Mikä tärkeintä, tämä energia riittää hyvin erilaisiin tarpeisiin, kuten pyöräilijän tien valaistukseen askelmoottoriin kytketyllä taskulampulla.
Valitettavasti tavallisella generaattorilla tavallinen pyörä tarvitsee vielä alkukierrosluvun, ennen kuin taskulamppu alkaa säteillä tarpeeksi kirkasta valoa valaisemaan polun selvästi. Mutta käytettäessä askelmoottoria tämä haitta poistetaan itsestään, eli valaistus toimitetaan heti, kun pyörä alkaa pyöriä.
Mutta totuus on, että tällä suunnittelun ihmeellä on silti useita puutteita. Esimerkiksi ilmeisin niistä on suuri magneettinen tarttuminen. Mutta se ei itse asiassa ole niin pelottavaa pyöräilijälle.
Kun aloitamme työn, meidän on löydettävä joitain yksityiskohtia:
1) Itse asiassa askelmoottori itse.
2) pari suurta kondensaattoria.
3) LED-valot
4) jännitteen stabilisaattori 5-6 volttia.
Askelmoottorin löytäminen on melko helppoa, koska se on hyvin yleinen kaikissa toimistolaitteissa. Ainoa asia, joka on ymmärrettävä, on, että mitä suurempi askelmoottori, sitä parempi meille.
Tässä kuvataan ja esitellään useita askelmoottoreiden malleja ja erilaisia vaihtoehtoja niiden kiinnittämiseksi rautahevoseen.
Otetaan aluksi suurin moottori, jonka kirjoittaja onnistui saamaan käsiinsä. Hän purki sen tavallisesta toimistoplotterista tulostamista varten (itse asiassa se on tulostin, vain useita kertoja suurempi).
Ulkoisesti moottori on melko suuri.
Mutta ennen kuin alat tutkia stabilointipiiriä sekä virtapiiriä, sinun tulee kiinnittää huomiota tapaan, jolla tämä yksikkö kiinnitetään pyörään.
Jos katsot kuvaa, ymmärrät, että generaattori sijaitsee lähempänä pyörän akselia ja kierto välittyy lisäympyrästä.
Ja silti, koska jokaisella on oma pyörämallinsa ja joku ei halua vahingoittaa runkoa itseporautuvilla ruuveilla, sinun on kehitettävä kiinnitys sekä kiertoympyrä itse, tässä on todella paljon vaihtoehtoja.
Jos sinulla ei ole aavistustakaan kuinka suuri askelmoottori ruuvataan rakenteeseen, on olemassa pienempi vaihtoehto:
Sinun tarvitsee vain valita ajoneuvosi kokoon sopiva generaattorivaihtoehto.
No, kun keksit askelmoottorit, voit aloittaa valoista ja virtapiireistä.
Sinun on otettava LED-valot. tasasuuntauspiiri näyttää tältä: tasasuuntaajadiodien lohko, useita suuria kondensaattoreita ja tietysti jännitteen stabilisaattori. Periaatteessa tämä on vakiovirtalähdejärjestelmä.
Askelmoottorissa on vakiona neljä johtoa, jotka vastaavat kahta kelaa. tästä syystä kuvassa on myös kaksi tasasuuntaajayksikköä. Tämä kotitekoinen sähkögeneraattori voi hyvinkin tuottaa jopa 50 voltin jännitettä suurilla nopeuksilla, joten on parempi ottaa sopivat kondensaattorit (jännite yli 50). No, stabilisaattori 5-6 voltin jännitteelle.
Ja mikä on kotitekoisten tuotteiden ydin ja miksi sitä tarvittiin?
Kyse on sen eduista, jopa heti liikkeelle lähtemisen jälkeen - polkusi valaisee jo kirkkaasti askelmoottorillamme toimivalla taskulampulla - se on myös generaattori.
Haluan myös huomioida, että liikkeen aikana lyhty ei vilku tai sammu - valaistus on tasainen ja tasainen.
Ajellessani pyörällä kesämökkien ohi näin toimivan tuuligeneraattorin. Suuret terät pyörivät hitaasti mutta varmasti, tuuliviiri suuntasi laitteen tuulen suuntaan.
Halusin toteuttaa samanlaisen suunnittelun, vaikka se ei pysty tuottamaan tarpeeksi virtaa "vakavien" kuluttajien toimittamiseen, mutta silti toimiva ja esimerkiksi lataa akkuja tai syöttää LEDejä.
Yksi tehokkaimmista vaihtoehdoista pienelle kotitekoiselle tuuliturbiinille on käyttää askelmoottori(ШД) (eng. askelmoottori) - tällaisessa moottorissa akselin pyöriminen koostuu pienistä askelista. Askelmoottorin käämit ovat samassa vaiheessa. Kun johonkin vaiheeseen syötetään virtaa, akseli liikkuu yhden askeleen.
Nämä moottorit ovat hidas nopeus ja generaattori, jossa on tällainen moottori, voidaan kytkeä ilman vaihteita tuuliturbiiniin, Stirling-moottoriin tai muuhun hidaskäyntiseen teholähteeseen. Käytettäessä generaattorina tavanomaista (kollektori) DC-moottoria, vaadittaisiin 10-15 kertaa suurempi nopeus samojen tulosten saavuttamiseksi.
Shagikin ominaisuus on melko korkea käynnistysmomentti (jopa ilman generaattoriin kytkettyä sähkökuormaa), joka saavuttaa 40 grammaa voimaa senttimetriä kohti.
Askelmoottorilla varustetun generaattorin hyötysuhde on 40%.
Esimerkiksi askelmoottorin toimivuuden tarkistamiseksi voidaan kytkeä punainen LED. Moottorin akselia pyörittämällä voit tarkkailla LEDin hehkua. LED-liitännän napaisuudella ei ole väliä, sillä moottori tuottaa vaihtovirtaa.
Tällaisten riittävän tehokkaiden moottoreiden aarreaitta on viiden tuuman levykeasemat sekä vanhat tulostimet ja skannerit.
Minulla on esimerkiksi askelmoottori vanhasta 5,25 ″ asemasta, joka oli edelleen toiminnassa ZX Spectrum- yhteensopiva tietokone "Byte".
Tällainen käyttö sisältää kaksi käämiä, joiden päistä ja keskeltä tehdään johtopäätökset - kokonaismäärä poistetaan moottorista kuusi johdot:
ensimmäinen käämitys (eng. kela 1) - sininen (eng. sininen) ja keltainen (eng. keltainen);
toinen käämi (eng. kela 2) - punainen (eng. punainen) ja valkoinen (eng. valkoinen);
ruskea (rus. ruskea) johdot - johdot kunkin käämin keskipisteistä (eng. keskihanat).
purettu askelmoottori
Vasemmalla näet moottorin roottorin, jossa näet "raidalliset" magneettinapat - pohjoisen ja etelän. Oikealla on staattorin käämitys, joka koostuu kahdeksasta kelasta.
Puolet käämitysvastus on
Käytin tätä moottoria tuuliturbiinini alkuperäisessä suunnittelussa.
Vähemmän tehokas askelmoottori hallussani T1319635 yritykset Epoch Electronics Corp. skannerista HP Scanjet 2400 Sillä on viisi johtopäätökset (yksinapainen moottori):
ensimmäinen käämitys (eng. kela 1) - oranssi (eng. oranssi) ja musta (eng. musta);
toinen käämi (eng. kela 2) - ruskea (eng. ruskea) ja keltainen (eng. keltainen);
punainen (eng. punainen) lanka - tapit, jotka on liitetty yhteen kunkin käämin keskipisteestä (eng. keskihanat).
Puolikäämin resistanssi on 58 ohmia, mikä on ilmoitettu moottorin kotelossa.
Tuuliturbiinin parannetussa versiossa käytin askelmoottoria Robotron SPA 42 / 100-558 valmistettu Saksan demokraattisessa tasavallassa ja suunniteltu 12 V:n jännitteelle:
Tuuligeneraattorin juoksupyörän (turbiinin) akselin sijainnille on kaksi vaihtoehtoa - vaaka- ja pystysuora.
Hyöty vaakasuoraan(suosituin) sijainti tuulen suuntainen akseli on tehokkaampi tuulienergian käyttö, haittana on suunnittelun monimutkaisuus.
minä valitsin pystysuora järjestely kirveet - VAWT (pystyakselinen tuuliturbiini), mikä yksinkertaistaa huomattavasti suunnittelua ja ei vaadi tuulen suuntausta ... Tämä vaihtoehto sopii paremmin kattoasennukseen, se on paljon tehokkaampi olosuhteissa, joissa tuulen suunta muuttuu nopeasti ja usein.
Käytin tuuliturbiinityyppiä nimeltä Savonius-tuuliturbiini. Savoniuksen tuuliturbiini). Se keksittiin vuonna 1922 Sigurd Johannes Savonius) Suomesta.
Sigurd Johannes Savonius
Savonius-tuuliturbiinin toiminta perustuu siihen, että vastus (eng. raahata) tulevaan ilmavirtaan - sylinterin (siiven) koveran pinnan tuuli on suurempi kuin kupera.
Aerodynaamiset ilmanvastuskertoimet ( Englanti vastuskertoimet) $ C_D $
kovera puolisko sylinteristä (1) - 2.30
kupera puolisko sylinteristä (2) - 1,20
tasainen neliölevy - 1,17
kovera ontto puolipallo (3) - 1,42
kupera ontto puolipallo (4) - 0,38
Nämä arvot on annettu Reynolds-luvuille (eng. Reynoldsin numerot) välillä $ 10 ^ 4 - 10 ^ 6 $. Reynoldsin luku kuvaa kehon käyttäytymistä väliaineessa.
Kehon vastusvoima ilmavirtaukselle $ =<<1 \over 2>S \ rho
Tällainen tuuliturbiini pyörii samaan suuntaan tuulen suunnasta riippumatta:
Samanlaista toimintaperiaatetta käytetään kupin tuulimittarissa (eng. kuppi tuulimittari)- laite tuulen nopeuden mittaamiseen:
Irlantilainen tähtitieteilijä John Thomas Romney Robinson keksi tällaisen tuulimittarin vuonna 1846. John Thomas Romney Robinson):
Robinson uskoi, että hänen neljän kupin tuulimittarin kupit liikkuivat nopeudella, joka vastaa kolmasosaa tuulen nopeudesta. Todellisuudessa tämä arvo vaihtelee kahdesta hieman yli kolmeen.
Tällä hetkellä tuulen nopeuden mittaamiseen käytetään kolmen kupin tuulimittaria, jotka on kehittänyt kanadalainen meteorologi John Patterson ( John Patterson) vuonna 1926:
Pystysuoralla mikroturbiinilla varustettujen DC-harjattujen moottoreiden generaattoreita myydään osoitteessa eBay noin 5 dollarilla:
Tällaisessa turbiinissa on neljä siipeä, jotka sijaitsevat kahta kohtisuoraa akselia pitkin ja joiden siipipyörän halkaisija on 100 mm, lavan korkeus 60 mm, jänteen pituus 30 mm ja segmentin korkeus 11 mm. Juoksupyörä on asennettu DC-mikromoottorin akselille merkinnällä JQ24-125p70... Tällaisen moottorin nimellissyöttöjännite on 3. 12 B.
Tällaisen generaattorin tuottama energia riittää "valkoisen" LEDin hehkuun.
Savonius-tuuliturbiinin pyörimisnopeus ei saa ylittää tuulen nopeutta , mutta samalla tällaiselle rakenteelle on ominaista korkea vääntömomentti (eng. vääntömomentti).
Tuuliturbiinin hyötysuhde voidaan arvioida vertaamalla tuuliturbiinin tuottamaa tehoa turbiinin läpi puhaltavan tuulen sisältämään tehoon:
$ P =<1\over 2>\ rho S
Aluksi generaattorini juoksupyörä käytti neljää siipeä sylintereiden segmenttien (puolikkaiden) muodossa. muoviputket:
segmentin pituus - 14 cm;
segmentin korkeus - 2 cm;
segmentin jänteen pituus on 4 cm;
Asensin kootun rakenteen melko korkealle (6 m 70 cm) puumastoon tangosta, joka kiinnitettiin itseporautuvilla ruuveilla metallirunkoon:
Generaattorin haittana oli siipien pyörittämiseen vaadittava melko suuri tuulennopeus. Pinta-alan kasvattamiseksi käytin teriä, jotka on leikattu muovipulloja:
segmentin pituus - 18 cm;
segmentin korkeus - 5 cm;
segmentin sointu pituus - 7 cm;
etäisyys segmentin alusta kiertoakselin keskipisteeseen on 3 cm.
Teränpitimien lujuus osoittautui ongelmaksi. Aluksi käytin 1 mm:n rei'itettyjä alumiiniliuskoja Neuvostoliiton lastensuunnittelijalta. Useiden päivien käytön jälkeen voimakkaat tuulenpuuskat johtivat lankojen katkeamiseen (1). Tämän vian jälkeen päätin leikata teränpitimet irti kalvopäällysteisestä piirilevystä (2), jonka paksuus on 1,8 mm:
Piirilevyn taivutuslujuus kohtisuorassa levyyn nähden on 204 MPa ja se on verrattavissa alumiinin taivutuslujuuteen - 275 MPa. Mutta alumiinin kimmomoduuli $ E $ (70 000 MPa) on paljon suurempi kuin tekstioliitin (10 000 MPa), ts. Teksoliitti on paljon joustavampaa kuin alumiini. Tämä mielestäni, kun otetaan huomioon tekstioliittipitimien suurempi paksuus, tarjoaa paljon suuremman luotettavuuden tuuligeneraattorin siipien kiinnitykseen.
Tuuligeneraattori on asennettu mastoon:
Tuuliturbiinin uuden version koekäyttö on osoittanut luotettavuutensa myös kovissa tuulenpuuskissa.
Savonius-turbiinin haittana on alhainen tehokkuus - vain noin 15 % tuulienergiasta muuttuu akselin pyörimisenergiaksi (tämä on paljon vähemmän kuin voidaan saavuttaa tuulivoimala Daria(eng. Darrieus tuulivoimala)), hissillä (eng. hissi). Tämän tyyppisen tuuliturbiinin keksi ranskalainen lentokonesuunnittelija Georges Darier. (Georges Jean Marie Darrieus) - US-patentti vuodelta 1931 nro 1 835 018 .
Darrieus-turbiinin haittana on, että sillä on erittäin huono itsekäynnistys (vääntömomentin generoimiseksi tuulesta, turbiinin on oltava jo pyöritetty).
Askelmoottorin tuottaman sähkön muuntaminen
Askelmoottorin johdot voidaan liittää kahteen siltatasasuuntaajaan, jotka on koottu Schottky-diodeista vähentämään jännitehäviötä diodien yli.
Suosittuja Schottky-diodeja voidaan käyttää 1N5817 jonka suurin käänteinen jännite on 20 V, 1N5819- 40 V ja maksimi eteenpäin keskimääräinen tasasuuntausvirta 1 A. Kytkein tasasuuntaajien lähdöt sarjaan lähtöjännitteen nostamiseksi.
On myös mahdollista käyttää kahta keskipistetasasuuntaajaa. Tällainen tasasuuntaaja vaatii puolet vähemmän diodeja, mutta samalla lähtöjännite pienenee puoleen.
Sitten aaltoilujännite tasoitetaan käyttämällä kapasitiivista suodatinta - 1000 μF:n kondensaattoria 25 V:lla. Suojatakseen lisääntyneeltä syntyneeltä jännitteeltä kytketään 25 V zener-diodi kondensaattorin rinnalle.
kaavio tuuliturbiinistani
tuuligeneraattorini elektroninen yksikkö
Tuulisella säällä avoimen piirin jännite tuuligeneraattorin elektroniikkayksikön lähdössä saavuttaa 10 V ja oikosulkuvirta - 10 mA.
YHTEYTTÄ JOULE THIEFIN
Sitten kondensaattorista tulevaa tasoitettua jännitettä voidaan käyttää Joule-varas- alhainen jännite DC-DC muunnin. Kokosin sellaisen muuntimen, joka perustuu germaniumiin pnp-transistori GT308V ( VT) ja pulssimuuntaja MIT-4V (kela L1- johtopäätökset 2-3, L2- johtopäätökset 5-6):
Vastuksen arvo R valitaan kokeellisesti (riippuen transistorin tyypistä) - on suositeltavaa käyttää 4,7 kΩ:n muuttuvaa vastusta ja vähentää sen vastusta vähitellen, mikä saavuttaa muuntimen vakaan toiminnan.
muuntimeni Joule-varas
IONISTOJEN (SUPERLAHDUTTAJIEN) VARAUS
Superkondensaattori (superkondensaattori) superkondensaattori) on kondensaattorin ja kemiallisen virtalähteen yhdistelmä.
Superkondensaattori - ei-polaarinen kenno, mutta yksi liittimistä voi olla merkitty "nuolella" osoittamaan jäännösjännitteen napaisuutta sen jälkeen, kun se on ladattu tehtaalla.
Alkututkimuksessa käytin superkondensaattoria 5R5D11F22H kapasiteetti 0,22 F jännitteellä 5,5 V (halkaisija 11,5 mm, korkeus 3,5 mm):
Liitin sen diodin kautta lähtöön Joule-varas germaniumdiodin D310 kautta.
Superkondensaattorin enimmäislatausjännitteen rajoittamiseksi voit käyttää zener-diodia tai LED-ketjua - käytän ketjua kaksi punaiset LEDit:
Estä jo ladatun superkondensaattorin purkautuminen rajoittavien LEDien kautta HL1 ja HL2 Lisäsin toisen diodin - VD2.
Kotitekoinen tuuliturbiinini askelmoottorilla, Kiehtovat ja vaaralliset kokeiluni
Itsetehty tuuliturbiini askelmoottorilla Pyöräillessäni kesämökkien ohi näin toimivan tuuligeneraattorin. Isot terät pyörivät hitaasti mutta varmasti, tuuliviiri
Askelmoottori generaattorina?
Minulla oli askelmoottori, ja päätin yrittää käyttää sitä generaattorina. Moottori on irrotettu vanhasta matriisitulostimesta, jonka merkinnät ovat seuraavat: EPM-142 EPM-4260 7410. Moottori on unipolaarinen, mikä tarkoittaa, että tässä moottorissa on 2 käämiä, joissa on hana keskeltä, resistanssi n. käämit olivat 2x6 ohmia.
Testi vaatii toisen moottorin, joka pyörittää askelmaa. Moottoreiden rakenne ja asennus on esitetty alla olevissa kuvissa:
Käynnistämme moottorin sujuvasti, jotta kuminauha ei lennä pois. Minun on sanottava, että suurilla nopeuksilla se lentää edelleen, joten se ei nostanut jännitettä yli 6 voltin.
Kytkemme volttimittarin ja aloitamme testauksen, ensin mittaamme jännitteen. 
Mielestäni ei tarvitse selittää mitään ja kaikki on selvää alla olevasta valokuvasta. Jännite oli 16 volttia, pyörivän moottorin nopeus ei ole suuri, luulen, että jos pyörittää sitä kovemmin, voit puristaa kaikki 20 volttia.
Asetamme jännitteen hieman alle 5 voltin niin, että sillan jälkeinen askelmoottori antaa noin 12 volttia.
Loistaa! Samanaikaisesti jännite putosi 12 voltista 8:aan ja moottori alkoi pyöriä hieman hitaammin. Oikosulkuvirta ilman LED-nauhaa oli 0,08 A - haluan muistuttaa, että purkumoottori EI toiminut täydellä teholla, äläkä unohda askelmoottorin toista käämitystä, et vain voi rinnastaa niitä, ja tein ei halua koota piiriä.
Mielestäni askelmoottorista voi tehdä hyvän generaattorin, kiinnittää sen pyörään tai tehdä sen pohjalta tuuligeneraattorin.
Askelmoottori generaattorina? Meander - viihdyttävä elektroniikka
Askelmoottori generaattorina? Minulla oli askelmoottori, ja päätin yrittää käyttää sitä generaattorina. Moottori poistettiin vanhasta matriisitulostimesta, kirjaimet
Ajellessani pyörällä kesämökkien ohi näin toimivan tuuligeneraattorin:
Suuret terät pyörivät hitaasti mutta varmasti, tuuliviiri suuntasi laitteen tuulen suuntaan.
Halusin toteuttaa samanlaisen suunnittelun, joka ei tosin pysty tuottamaan tarpeeksi tehoa "vakaville" kuluttajille, mutta joka toimii ja esimerkiksi lataa akkuja tai syöttää LEDejä.
Askelmoottorit
Yksi tehokkaimmista vaihtoehdoista pienelle kotitekoiselle tuuliturbiinille on käyttää askelmoottori(ШД) (eng. askelmoottori) - tällaisessa moottorissa akselin pyöriminen koostuu pienistä askelista. Askelmoottorin käämit ovat samassa vaiheessa. Kun johonkin vaiheeseen syötetään virtaa, akseli liikkuu yhden askeleen.
Nämä moottorit ovat hidas nopeus ja generaattori, jossa on tällainen moottori, voidaan kytkeä ilman vaihteita tuuliturbiiniin, Stirling-moottoriin tai muuhun hidaskäyntiseen teholähteeseen. Käytettäessä generaattorina tavanomaista (kollektori) DC-moottoria, vaadittaisiin 10-15 kertaa suurempi nopeus samojen tulosten saavuttamiseksi.
Shagikin ominaisuus on melko korkea käynnistysmomentti (jopa ilman generaattoriin kytkettyä sähkökuormaa), joka saavuttaa 40 grammaa voimaa senttimetriä kohti.
Askelmoottorilla varustetun generaattorin hyötysuhde on 40%.
Esimerkiksi askelmoottorin toimivuuden tarkistamiseksi voidaan kytkeä punainen LED. Moottorin akselia pyörittämällä voit tarkkailla LEDin hehkua. LED-liitännän napaisuudella ei ole väliä, sillä moottori tuottaa vaihtovirtaa.
Tällaisten riittävän tehokkaiden moottoreiden aarreaitta on viiden tuuman levykeasemat sekä vanhat tulostimet ja skannerit.
Moottori 1
Minulla on esimerkiksi askelmoottori vanhasta 5,25 ″ asemasta, joka oli edelleen toiminnassa ZX Spectrum- yhteensopiva tietokone "Byte".
Tällainen käyttö sisältää kaksi käämiä, joiden päistä ja keskeltä tehdään johtopäätökset - kokonaismäärä poistetaan moottorista kuusi johdot: 
ensimmäinen käämitys (eng. kela 1) - sininen (eng. sininen) ja keltainen (eng. keltainen);
toinen käämi (eng. kela 2) - punainen (eng. punainen) ja valkoinen (eng. valkoinen);
ruskea (rus. ruskea) johdot - johdot kunkin käämin keskipisteistä (eng. keskihanat).
purettu askelmoottori
Vasemmalla näet moottorin roottorin, jossa näet "raidalliset" magneettinapat - pohjoisen ja etelän. Oikealla on staattorin käämitys, joka koostuu kahdeksasta kelasta.
Puolikäämin vastus on ~ 70 ohmia.
Käytin tätä moottoria tuuliturbiinini alkuperäisessä suunnittelussa.
Moottori 2
Vähemmän tehokas askelmoottori hallussani T1319635 yritykset Epoch Electronics Corp. skannerista HP Scanjet 2400 Sillä on viisi johtopäätökset (yksinapainen moottori): 
ensimmäinen käämitys (eng. kela 1) - oranssi (eng. oranssi) ja musta (eng. musta);
toinen käämi (eng. kela 2) - ruskea (eng. ruskea) ja keltainen (eng. keltainen);
punainen (eng. punainen) lanka - tapit, jotka on liitetty yhteen kunkin käämin keskipisteestä (eng. keskihanat).
Puolikäämin resistanssi on 58 ohmia, mikä on ilmoitettu moottorin kotelossa.
Moottori 3
Tuuliturbiinin parannetussa versiossa käytin askelmoottoria Robotron SPA 42 / 100-558 valmistettu Saksan demokraattisessa tasavallassa ja suunniteltu 12 V:n jännitteelle: 
Tuuliturbiini
Tuuligeneraattorin juoksupyörän (turbiinin) akselin sijainnille on kaksi vaihtoehtoa - vaaka- ja pystysuora.
Hyöty vaakasuoraan(suosituin) sijainti tuulen suuntainen akseli on tehokkaampi tuulienergian käyttö, haittana on suunnittelun monimutkaisuus.
minä valitsin pystysuora järjestely kirveet - VAWT (pystyakselinen tuuliturbiini), mikä yksinkertaistaa huomattavasti suunnittelua ja ei vaadi tuulen suuntausta ... Tämä vaihtoehto sopii paremmin kattoasennukseen, se on paljon tehokkaampi olosuhteissa, joissa tuulen suunta muuttuu nopeasti ja usein.
Käytin tuuliturbiinityyppiä nimeltä Savonius-tuuliturbiini. Savoniuksen tuuliturbiini). Se keksittiin vuonna 1922 Sigurd Johannes Savonius) Suomesta. 
Sigurd Johannes Savonius
Savonius-tuuliturbiinin toiminta perustuu siihen, että vastus (eng. raahata) tulevaan ilmavirtaan - sylinterin (siiven) koveran pinnan tuuli on suurempi kuin kupera.
Aerodynaamiset ilmanvastuskertoimet ( Englanti vastuskertoimet) $ C_D $
kaksiulotteiset kappaleet:
kovera puolisko sylinteristä (1) - 2.30
kupera puolisko sylinteristä (2) - 1,20
tasainen neliölevy - 1,17
kolmiulotteiset kappaleet:
kovera ontto puolipallo (3) - 1,42
kupera ontto puolipallo (4) - 0,38
pallo - 0,5
Nämä arvot on annettu Reynolds-luvuille (eng. Reynoldsin numerot) välillä $ 10 ^ 4 - 10 ^ 6 $. Reynoldsin luku kuvaa kehon käyttäytymistä väliaineessa.
Kehon vastusvoima ilmavirtaan $ (F_D) = ((1 \ over 2) (C_D) S \ rho (v ^ 2)) $, missä $ \ rho $ on ilman tiheys, $ v $ on ilman virtausnopeus, $ S $ - kehon poikkileikkauspinta-ala.
Tällainen tuuliturbiini pyörii samaan suuntaan tuulen suunnasta riippumatta: 
Samanlaista toimintaperiaatetta käytetään kupin tuulimittarissa (eng. kuppi tuulimittari)- laite tuulen nopeuden mittaamiseen: 
Irlantilainen tähtitieteilijä John Thomas Romney Robinson keksi tällaisen tuulimittarin vuonna 1846. John Thomas Romney Robinson):
Robinson uskoi, että hänen neljän kupin tuulimittarin kupit liikkuivat nopeudella, joka vastaa kolmasosaa tuulen nopeudesta. Todellisuudessa tämä arvo vaihtelee kahdesta hieman yli kolmeen.
Tällä hetkellä tuulen nopeuden mittaamiseen käytetään kolmen kupin tuulimittaria, jotka on kehittänyt kanadalainen meteorologi John Patterson ( John Patterson) vuonna 1926: 
Pystysuoralla mikroturbiinilla varustettujen DC-harjattujen moottoreiden generaattoreita myydään osoitteessa eBay noin 5 dollarilla: 
Tällaisessa turbiinissa on neljä siipeä, jotka sijaitsevat kahta kohtisuoraa akselia pitkin ja joiden siipipyörän halkaisija on 100 mm, lavan korkeus 60 mm, jänteen pituus 30 mm ja segmentin korkeus 11 mm. Juoksupyörä on asennettu DC-mikromoottorin akselille merkinnällä JQ24-125H670... Tällaisen moottorin nimellissyöttöjännite on 3 ... 12 V.
Tällaisen generaattorin tuottama energia riittää "valkoisen" LEDin hehkuun.
Savonius-tuuliturbiinin pyörimisnopeus ei saa ylittää tuulen nopeutta , mutta samalla tällaiselle rakenteelle on ominaista korkea vääntömomentti (eng. vääntömomentti).
Tuuliturbiinin hyötysuhde voidaan arvioida vertaamalla tuuliturbiinin tuottamaa tehoa turbiinin läpi puhaltavan tuulen sisältämään tehoon:
$ P = (1 \ yli 2) \ rho S (v ^ 3) $, jossa $ \ rho $ on ilman tiheys (noin 1,225 kg / m3 merenpinnan tasolla), $ S $ on pyyhkäisyalue turbiini (eng. lakaistu alue), $ v $ on tuulen nopeus.
Oma tuuliturbiini
Vaihtoehto 1
Aluksi generaattorini juoksupyörä käytti neljää siipeä sylintereiden segmenttien (puolikkaiden) muodossa. muoviputket:
Segmenttien koot -
segmentin pituus - 14 cm;
segmentin korkeus - 2 cm;
segmentin jänteen pituus on 4 cm;
Asensin kootun rakenteen melko korkealle (6 m 70 cm) puumastoon tangosta, joka kiinnitettiin itseporautuvilla ruuveilla metallirunkoon: 
Vaihtoehto 2
Generaattorin haittana oli siipien pyörittämiseen vaadittava melko suuri tuulennopeus. Pinta-alan kasvattamiseksi käytin teriä, jotka on leikattu muovipulloja:
Segmenttien koot -
segmentin pituus - 18 cm;
segmentin korkeus - 5 cm;
segmentin sointu pituus - 7 cm;
etäisyys segmentin alusta kiertoakselin keskipisteeseen on 3 cm.
Vaihtoehto 3
Teränpitimien lujuus osoittautui ongelmaksi. Aluksi käytin 1 mm:n rei'itettyjä alumiiniliuskoja Neuvostoliiton lastensuunnittelijalta. Useiden päivien käytön jälkeen voimakkaat tuulenpuuskat johtivat lankojen katkeamiseen (1). Tämän vian jälkeen päätin leikata teränpitimet irti kalvopäällysteisestä piirilevystä (2), jonka paksuus on 1,8 mm: 
Piirilevyn taivutuslujuus kohtisuorassa levyyn nähden on 204 MPa ja se on verrattavissa alumiinin taivutuslujuuteen - 275 MPa. Mutta alumiinin kimmomoduuli $ E $ (70 000 MPa) on paljon suurempi kuin tekstioliitin (10 000 MPa), ts. Teksoliitti on paljon joustavampaa kuin alumiini. Tämä mielestäni, kun otetaan huomioon tekstioliittipitimien suurempi paksuus, tarjoaa paljon suuremman luotettavuuden tuuligeneraattorin siipien kiinnitykseen.
Tuuligeneraattori on asennettu mastoon: 
Tuuliturbiinin uuden version koekäyttö on osoittanut luotettavuutensa myös kovissa tuulenpuuskissa.
Savonius-turbiinin haittana on alhainen tehokkuus
- vain noin 15 % tuulienergiasta muuttuu akselin pyörimisenergiaksi (tämä on paljon vähemmän kuin voidaan saavuttaa tuulivoimala Daria(eng. Darrieus tuulivoimala)), hissillä (eng. hissi). Tämän tyyppisen tuuliturbiinin keksi ranskalainen lentokonesuunnittelija Georges Darier. (Georges Jean Marie Darrieus) - US-patentti vuodelta 1931 nro 1 835 018 .
Georges Darier
Darrieus-turbiinin haittana on, että sillä on erittäin huono itsekäynnistys (vääntömomentin generoimiseksi tuulesta, turbiinin on oltava jo pyöritetty).
Askelmoottorin tuottaman sähkön muuntaminen
Askelmoottorin johdot voidaan liittää kahteen siltatasasuuntaajaan, jotka on koottu Schottky-diodeista vähentämään jännitehäviötä diodien yli.
Suosittuja Schottky-diodeja voidaan käyttää 1N5817 jonka suurin käänteinen jännite on 20 V, 1N5819- 40 V ja maksimi eteenpäin keskimääräinen tasasuuntausvirta 1 A. Kytkein tasasuuntaajien lähdöt sarjaan lähtöjännitteen nostamiseksi.
On myös mahdollista käyttää kahta keskipistetasasuuntaajaa. Tällainen tasasuuntaaja vaatii puolet vähemmän diodeja, mutta samalla lähtöjännite pienenee puoleen.
Sitten aaltoilujännite tasoitetaan käyttämällä kapasitiivista suodatinta - 1000 μF:n kondensaattoria 25 V:lla. Suojatakseen lisääntyneeltä syntyneeltä jännitteeltä kytketään 25 V zener-diodi kondensaattorin rinnalle. 
kaavio tuuliturbiinistani
tuuligeneraattorini elektroninen yksikkö
Tuuliturbiinisovellus
Tuuligeneraattorin tuottama jännite riippuu tuulen nopeuden suuruudesta ja vakioisuudesta.
Tuulen heiluttaessa puiden ohuita oksia jännite nousee 2...3 V:iin.
Tuulen heiluessa paksuja puiden oksia jännite saavuttaa 4 ... 5 V (voimakkailla puuskeilla - jopa 7 V).
YHTEYTTÄ JOULE THIEFIN
Tuuligeneraattorin kondensaattorin tasoitettu jännite voidaan syöttää - pienjännitteelle DC-DC muunnin 
Vastuksen arvo R valitaan kokeellisesti (riippuen transistorin tyypistä) - on suositeltavaa käyttää muuttuvaa vastusta 4,7 kOhm ja vähentää sen vastusta vähitellen, mikä saavuttaa muuntimen vakaan toiminnan.
Kokosin sellaisen muuntimen, joka perustuu germaniumiin pnp-transistori GT308V ( VT) ja pulssimuuntaja MIT-4V (kela L1- johtopäätökset 2-3, L2- johtopäätökset 5-6): 
IONISTOJEN (SUPERLAHDUTTAJIEN) VARAUS
Superkondensaattori (superkondensaattori) superkondensaattori) on kondensaattorin ja kemiallisen virtalähteen yhdistelmä.
Superkondensaattori - ei-polaarinen elementti, mutta yksi liittimistä voi olla merkitty "nuolella" - osoittamaan jäännösjännitteen napaisuutta sen jälkeen, kun se on ladattu tehtaalla.
Alkututkimuksessa käytin superkondensaattoria kapasiteetti 0,22 F jännitteellä 5,5 V (halkaisija 11,5 mm, korkeus 3,5 mm):
Liitin sen diodin kautta lähtöön germaniumdiodin D310 kautta.
Superkondensaattorin enimmäislatausjännitteen rajoittamiseksi voit käyttää zener-diodia tai LED-ketjua - käytän ketjua kaksi punaiset LEDit: 
Estä jo ladatun superkondensaattorin purkautuminen rajoittavien LEDien kautta HL1 ja HL2 Lisäsin toisen diodin - VD2.
Jatkuu
Kirjoitin jo kesän alussa kotitekoisesta tuulimyllystä - tuulimittarista.
Hänen tavoitteenaan oli järjestää tuulitilastojen kerääminen ja sen perusteella tehdä päätös suuren, vakavan tuuliturbiinin rakentamisesta. Valitettavasti ei löytynyt ohjelmoijaa, joka olisi valmis kirjoittamaan ohjelmaa tuulimittarin tietojen käsittelemiseksi, eikä mikrokontrolleriasiantuntijaa luomaan sopivaa laitetta. Siksi jouduin valitettavasti tarkkailemaan tuulta visuaalisesti, koska tuuliviiri oli aina näkyvissä. Ja valitettavasti nämä havainnot ovat erittäin masentavia ...
Tosiasia on, että Venäjän eurooppalaisen osan keskivyöhykkeellä tuulella on äärimmäistä turbulenssia sen pintakerroksissa. Kirjaimellisesti 3-5 minuutin sisällä tuuliturbiini pysähtyy toistuvasti (tai hidastuu paljon) ja pyörii niin, että siivet eivät näy. Samalla tuulen suunta muuttuu sektorilla jopa 90-120 astetta. On erittäin harvinaista, että on päiviä, jolloin puhaltaa suhteellisen voimakas ja tasainen tuuli. Tällaisia päiviä oli koko kesän ajan alueellani vain 4. Rauhallisia päiviä oli useita. Ja muualla tuuli oli erittäin myrskyisä, sekä nopeudeltaan että suunnalta.
Tällaisissa olosuhteissa "globaalin" tuulivoimageneraattorin (1-2 kW tai enemmän) tekeminen on täysin turhaa. Se ei vain koskaan maksa itsensä takaisin, mutta yleensä se toimii huonosti. Koska tehokas generaattori vaatii suuria teriä, ja niillä on suuri inertia ja siksi ne "päästävät läpi" voimakkaiden tuulenpuuskien. Nuo. ei yksinkertaisesti ole aikaa rentoutua. Joskus tällaiset puuskat, jotka kantavat "keskimääräisen" tuulivirran päävoiman, kestävät vain 15-30 sekuntia.
Lisäksi millä tahansa pyörivällä esineellä on merkittävä hitausmomentti kiertotasossa ja se on itse asiassa gyroskooppi. Toivottavasti lukija muistaa yksinkertaisen koulukokemuksen gyroskooppisen vaikutuksen osoittamisesta polkupyörän pyörällä. Kierrettynä se pysyy helposti kirjaimellisesti "kahdella sormella" akselinsa yhdestä ulkonevasta päästä. Ja on erittäin vaikeaa kääntää sitä sivuttain ja saada se pyörimään eri tasossa. Suunnilleen sama tapahtuu tuuliturbiinin potkurilla, kun tuulen suunta muuttuu. Sekä akseli että potkurin siivet kohtaavat hirvittäviä vuorottelevia sivuttaiskuormia.
Nämä olosuhteet asettivat itse asiassa rohkean ristin toiveille tulla toimeen yhdellä suurella tuulimyllyllä. Hän tekee tietysti töitä. Mutta harvoin ja tyhmästi. Heikoilla myrskyisillä tuulilla se antaa edelleen niukasti tehoa, ja voimakkaalla tuulella et tiedä mitä tehdä ylimääräiselle. Ja tietysti sinun pitäisi unohtaa sen takaisinmaksu. Se on vain kallis ja kaunis lelu, typerin rahan ja työn investointi, jonka voit kuvitella.
Lupaavat tuuliturbiinit ovat pieniä pienitehoisia tuuligeneraattoreita, joiden inertia on käytännössä nolla. Juuri he pystyvät ottamaan tuulesta lähes kaiken sen kantaman energian. Sellaisia, joilla olisi aikaa nopeasti rentoutua ja tehdä takmanmuutosta. Ja suuren tehon saamiseksi tarvitset eräänlaisen tuuligeneraattoreiden tuulipuiston laitteen, joka sijaitsee eri korkeuksilla mastoilla (jotta ei suojata toisiaan tuulelta). Tämä muuten lisää merkittävästi myrskynkestävyyttä, ratkaisee ongelmat tehokkailla raskailla mastoilla ja putkilinjoilla (masstot pitävät toisiaan) "voimalaitoksen" luotettavuudella - loppujen lopuksi kaikki generaattorit eivät voi hajota kerralla ja määräaikaiset korjaukset ja huolto eivät johda tuotantokapasiteetin täydelliseen lopettamiseen ...
Päästyäni sellaisiin pettymyksiin päätelmiin päätin muuttaa tuulimittarini toimivaksi tuuligeneraattorin malliksi. Nuo. sen sijaan, että mietit tyhmää tuuliviiriä, ala saada siitä käytännön hyötyä. Lisäksi tuuliturbiinigeneraattori on askelmoottori, jossa on 200 "askelta" kierrosta kohti ja joka tuottaa sähköä melko nopeasti jopa alhaisilla nopeuksilla. Generaattorin teho noin W 7-8
Ensinnäkin oli tarpeen vaihtaa terät vähemmän inertiaalisiin. Viuhkamukit ovat edelleen melko raskaita. Tuulimyllyn uudet terät tein muovi-ikkunoiden duralumiinin jäännöksistä. Potkurin halkaisija on noin 50 senttimetriä, mikä lupaa saavuttaa generaattorin maksimitehon jopa 4 m/s tuulella. Leikkaa kolmio paksusta vanerista. Liimattu siihen (epoksihartsilla) holkki, jonka sisähalkaisija osui yhteen askelmoottorin akselin halkaisijan kanssa. Huolellisesti merkittyä tein vanerista "ohjaamoon" leikkauksia ja liimasin ne terien koloihin. Lisäksi kiinnitin ne pienillä ruuveilla. Kunnes epoksi kovetti, yritin tasapainottaa ruuvia mahdollisimman paljon, jotta se ei tärise pyörittäessä. Epoksihartsin kovettumisen jälkeen tarkistin tasapainon uudelleen ja sain sen täydelliseksi leikkaamalla ohuimmat duralumiinisuikaleet terien reunoista.
Yleisesti ottaen pienillä tuulivoimaloilla on miellyttävä ominaisuus. Ei ole käytännössä mitään järkeä vaivautua monimutkaisimpiin KIEV-laskelmiin, teräprofiileihin ja niiden valmistukseen. Yksinkertaisimmat, litteät toimivat hyvin. Ja tarvittava teho saadaan yksinkertaisesti pidentämällä niitä (siis lisäämällä heittoaluetta).
Kaikki tämä halventaa erittäin paljon tuuligeneraattoria, sen valmistuksessa ja käytössä on tunnetta. Erityisesti omallani vietin noin 3-4 tuntia aikaa (mukaan lukien tuuliviiri) ja ilman epoksihartsin kovettumisaikaa. Kustannukset olivat "nolla", koska kaikki tehtiin "jätteistä", ts. materiaaleja käsillä.
Vaikuttaa siltä, missä voit käyttää niin pienitehoista generaattoria? Tulevaisuudessa aion käyttää sitä ... veden lämmitykseen. Pikemminkin kompensoimaan auringon lämmittämän veden lämpöhäviötä. Yksinkertaisin laskelma osoittaa toiveeni ehdottoman pätevyyden.
Oletetaan, että siellä on tietty säiliö - termospullo, noin 50 litraa, josta aurinkokeräimestä 50 asteeseen lämmitetty vesi tyhjennetään illalla. Säiliön koko on noin 40 x 40 x 40 cm, joten pinta-ala on 1 neliömetri. mittari. Säiliö on ympäröity lämpöeristyksellä TO lämmönjohtavuus 0,15 W / m * astetta ja paksuus 30 cm ja lämpöhäviö on noin 0,5 W / astetta. Nuo. 20-25 asteen lämpötilaeron ylläpitämiseksi termossäiliössä olevan kuuman veden ja ympäröivän ilman välillä riittää generaattori, jonka teho on vain 10-15 W! Se kompensoi lämpöhäviön ja kerran lämmitetty vesi ei koskaan jäähdy. Ja jos kova tuuli puhaltaa, se myös lämpenee.
Nyt generaattorini pyörii ilman kuormaa, se on "merikokeissa". Mutta lähitulevaisuudessa pakotan hänet lataamaan akkuja maalaiskäymälän valaistukseen ja siihen johtavan polun valaistukseen. Ja on liian laiska vetää virtajohtoa sinne, ja olet kyllästynyt vaihtamaan paristoja kiinalaisessa lyhdissä.
