Er kwam een eenvoudig, voor de hand liggend, maar briljant idee in me op. Als je bedenkt dat een stappenmotor niet alleen een motor is die zorgt voor de mechanische werking van totaal verschillende apparaten (van printers, scanners en andere kantoorapparatuur tot verschillende eenheden die in serieuzere apparaten worden gebruikt). Een stappenmotor kan ook dienen als een uitstekende elektriciteitsgenerator!
En het belangrijkste voordeel in alles is dat er helemaal geen hoge snelheden nodig zijn; het kan zelfs bij lage belasting goed werken. Dat wil zeggen dat de stappenmotor, zelfs als er minimale kracht op wordt uitgeoefend, uitstekende energie produceert. Het belangrijkste is dat deze energie voldoende is voor verschillende behoeften, zoals het verlichten van de weg voor een fietser met behulp van een zaklamp die is aangesloten op een stappenmotor.
Helaas zal een standaardfiets met een conventionele generator nog steeds een aantal initiële toerentallen nodig hebben voordat de zaklamp lichtstralen begint uit te zenden die helder genoeg zijn om het pad duidelijk te verlichten. Maar bij gebruik van een stappenmotor wordt dit nadeel vanzelf opgeheven, dat wil zeggen dat de verlichting wordt ingeschakeld zodra het wiel begint te draaien.
Maar het is waar dat dit wonder van design nog steeds een aantal tekortkomingen zal hebben. De meest voor de hand liggende is bijvoorbeeld een grote magnetische stick. Maar in werkelijkheid is het voor een fietser niet zo eng.
Dat we bij het begin van het werk enkele details moeten vinden:
1) De eigenlijke stappenmotor zelf.
2) een paar condensatoren met hoge capaciteit.
3) LED-verlichting
4) spanningsstabilisator 5-6 volt.
Het vinden van een stappenmotor is vrij eenvoudig omdat deze vrij gebruikelijk is in alle kantoorapparatuur. Het enige dat u moet begrijpen, is dat hoe groter de stappenmotor is, hoe beter het voor ons is.
Hier worden verschillende modellen stappenmotoren en verschillende opties om ze aan het ijzeren paard te bevestigen beschreven en gepresenteerd.
Laten we eerst de grootste engine nemen die de auteur heeft weten te bemachtigen. Hij demonteerde het van een gewone kantoorplotter om af te drukken (in wezen een printer, slechts enkele malen groter van formaat).
Extern is de motor behoorlijk groot.
Maar voordat u het stabilisatiecircuit en het voedingscircuit gaat bestuderen, moet u aandacht besteden aan de methode om dit apparaat aan de fiets te bevestigen.
Als u naar de figuur kijkt, begrijpt u dat de generator zich dichter bij de wielas bevindt en dat de rotatie wordt overgebracht vanuit een extra cirkel.
En toch, aangezien iedereen zijn eigen fietsmodel heeft en iemand het frame niet wil beschadigen met zelftappende schroeven, zul je de houder zelf moeten ontwikkelen, evenals de rotatiecirkel, er zijn hier echt veel opties; .
Als je geen idee hebt hoe je een grote stappenmotor aan een structuur moet schroeven, is er een kleinere optie:
Het enige dat u hoeft te doen, is een generatoroptie kiezen die bij de grootte van uw voertuig past.
Nu we de stappenmotoren hebben behandeld, kunnen we verder gaan met de lichten en stroomcircuits.
Er moet gebruik worden gemaakt van LED-verlichting. Het gelijkrichtcircuit ziet er als volgt uit: een blok gelijkrichtdiodes, verschillende condensatoren met hoge capaciteit en natuurlijk een spanningsstabilisator. In principe is dit een standaard stroomvoorzieningsschema.
De standaard stappenmotor heeft vier uitgangsdraden die overeenkomen met twee spoelen. Om deze reden zijn er ook twee gelijkrichterblokken in het beeld. Deze zelfgemaakte elektriciteitsgenerator kan bij hoge snelheden gemakkelijk tot 50 volt spanning produceren, dus het is beter om geschikte condensatoren te nemen (spanning boven de 50). Welnu, een stabilisator voor een spanning van 5-6 volt.
Dus wat is de essentie van zelfgemaakte producten en waarom was dit nodig?
Het draait allemaal om het voordeel: zelfs als u net begint, wordt uw pad al helder verlicht door een zaklamp die wordt aangedreven door onze stappenmotor, ook wel een generator genoemd.
Ik zou ook willen opmerken dat het licht tijdens het bewegen niet zal knipperen of uitgaan - de verlichting zal vloeiend en gelijkmatig zijn.
Terwijl ik langs zomerhuisjes fietste, zag ik een werkende windgenerator. De grote bladen draaiden langzaam maar zeker, de windvaan richtte het apparaat in de richting van de wind.
Ik wilde een soortgelijk ontwerp implementeren, hoewel niet in staat om voldoende stroom te genereren om 'serieuze' consumenten te voorzien, maar nog steeds te werken en bijvoorbeeld batterijen op te laden of LED's van stroom te voorzien.
Een van de meest effectieve opties voor een kleine zelfgemaakte windgenerator is het gebruik ervan stappenmotor(SD) (Engels) stappenmotor (stappenmotor, stappenmotor).) – bij zo’n motor bestaat de rotatie van de as uit kleine stapjes. De wikkelingen van de stappenmotor zijn in fasen gecombineerd. Wanneer stroom wordt geleverd aan een van de fasen, beweegt de as één stap.
Deze motoren zijn lage snelheid en een generator met een dergelijke motor kan zonder versnellingsbak worden aangesloten op een windturbine, Stirling-motor of een andere stroombron met laag toerental. Bij gebruik van een conventionele (geborstelde) gelijkstroommotor als generator zou een 10-15 keer hogere rotatiesnelheid nodig zijn om dezelfde resultaten te bereiken.
Een kenmerk van de stepper is een vrij hoog startmoment (zelfs zonder een elektrische belasting aangesloten op de generator), die 40 gram kracht per centimeter bereikt.
Het rendement van een generator met stappenmotor bereikt 40%.
Om de werking van de stappenmotor te controleren, kunt u bijvoorbeeld een rode LED aansluiten. Door de motoras te draaien, kunt u de gloed van de LED waarnemen. De polariteit van de LED-aansluiting doet er niet toe, aangezien de motor wisselstroom produceert.
Vijf-inch diskettestations, maar ook oude printers en scanners, vormen een schatkamer van zulke redelijk krachtige motoren.
Ik heb bijvoorbeeld een SD-kaart van een oude 5,25-inch diskettedrive die er nog steeds deel van uitmaakte ZX-spectrum– een compatibele computer “Byte”.
Zo'n aandrijving bevat twee wikkelingen, vanaf de uiteinden en in het midden waarvan conclusies worden getrokken - in totaal zes draden:
eerste wikkeling spoel 1) – blauw (Engels) blauw) en geel (eng. geel);
tweede wikkeling spoel 2) – rood (Engels) rood) en wit (Engels) wit);
bruin (Engels) bruin) draden - draden vanaf de middelpunten van elke wikkeling (eng. middenkranen).
gedemonteerde stappenmotor
Aan de linkerkant zie je de motorrotor, waarop "gestreepte" magnetische polen zichtbaar zijn - noord en zuid. Rechts zie je de statorwikkeling, bestaande uit acht spoelen.
De weerstand van de helft van de wikkeling is
Ik heb deze motor gebruikt in het oorspronkelijke ontwerp van mijn windturbine.
Een minder krachtige stappenmotor tot mijn beschikking T1319635 bedrijven Epoch Electronics Corp. van de scanner HP Scanjet 2400 Het heeft vijf uitgangen (unipolaire motor):
eerste wikkeling spoel 1) – oranje (Engels) oranje) en zwart (Engels) zwart);
tweede wikkeling spoel 2) – bruin (Engels) bruin) en geel (eng. geel);
rood (Engels) rood) draad - aansluitingen met elkaar verbonden vanaf het middelpunt van elke wikkeling (eng. middenkranen).
De weerstand van de helft van de wikkeling is 58 ohm, wat op het motorhuis is aangegeven.
In een verbeterde versie van de windgenerator gebruikte ik een stappenmotor Robotron SPA 42/100-558, geproduceerd in de DDR en ontworpen voor 12 V:
Er zijn twee mogelijke opties voor de locatie van de as van de waaier (turbine) van een windgenerator: horizontaal en verticaal.
Voordeel horizontaal(meest populair) plaats De in de richting van de wind gelegen as zorgt voor een efficiënter gebruik van windenergie, het nadeel is de complicatie van het ontwerp.
ik kies verticale opstelling bijlen – VAWT (verticale as windturbine), wat het ontwerp aanzienlijk vereenvoudigt en vereist geen oriëntatie met de wind mee . Deze optie is geschikter voor montage op het dak; het is veel effectiever in omstandigheden met snelle en frequente veranderingen in de windrichting.
Ik heb een type windturbine gebruikt, een Savonius-windturbine. Savonius-windturbine). Het werd uitgevonden in 1922 Sigurd Johannes Savonius) uit Finland.
Sigurd Johannes Savonius
De werking van de Savonius-windturbine is gebaseerd op het feit dat er weerstand is sleuren) de tegemoetkomende luchtstroom - de wind van het concave oppervlak van de cilinder (blad) is groter dan de convexe.
Aërodynamische weerstandscoëfficiënten ( Engels luchtweerstandscoëfficiënten) $C_D$
concave helft van de cilinder (1) – 2,30
bolle helft van de cilinder (2) – 1,20
platte vierkante plaat – 1,17
concave holle halve bol (3) – 1,42
convexe holle halve bol (4) – 0,38
De aangegeven waarden zijn gegeven voor Reynoldsgetallen. Reynolds-cijfers) in het bereik $10^4 – 10^6$. Het Reynoldsgetal karakteriseert het gedrag van een lichaam in een medium.
Lichaamsweerstand tegen luchtstroom $ =<<1 \over 2>S\rho
Zo’n windturbine draait in dezelfde richting, ongeacht de windrichting:
Een soortgelijk werkingsprincipe wordt gebruikt in de cup-anemometer. kopanemometer)– een apparaat voor het meten van de windsnelheid:
Zo'n anemometer werd in 1846 uitgevonden door de Ierse astronoom John Thomas Romney Robinson ( John Thomas Romney Robinson):
Robinson geloofde dat de cups in zijn vier-cup anemometer met een derde van de snelheid van de wind bewogen. In werkelijkheid varieert deze waarde van twee tot iets meer dan drie.
Momenteel worden windmeters met drie kopjes, ontwikkeld door de Canadese meteoroloog John Patterson, gebruikt om de windsnelheid te meten. John Patterson) in 1926:
Generatoren op basis van geborstelde gelijkstroommotoren met een verticale microturbine worden verkocht tegen eBay voor ongeveer $ 5:
Zo'n turbine bevat vier bladen gerangschikt langs twee loodrechte assen, met een waaierdiameter van 100 mm, een bladhoogte van 60 mm, een koordelengte van 30 mm en een segmenthoogte van 11 mm. De waaier is met markeringen gemonteerd op de as van een commutator-DC-micromotor JQ24-125p70. De nominale voedingsspanning van een dergelijke motor is 3. 12 V.
De door zo’n generator opgewekte energie is voldoende om een “witte” LED te laten oplichten.
Rotatiesnelheid van de Savonius-windturbine kan de windsnelheid niet overschrijden , maar tegelijkertijd wordt dit ontwerp gekenmerkt hoog koppel (Engels) koppel).
De efficiëntie van een windturbine kan worden beoordeeld door het vermogen dat door de windgenerator wordt opgewekt te vergelijken met het vermogen dat aanwezig is in de wind die door de turbine waait:
$P =<1\over 2>\rho S
Aanvankelijk gebruikte mijn generatorwaaier vier bladen in de vorm van segmenten (helften) van uitgesneden cilinders kunststof buizen:
segmentlengte – 14 cm;
segmenthoogte – 2 cm;
segmentkoordlengte – 4 cm;
Ik installeerde de gemonteerde structuur op een vrij hoge (6 m 70 cm) houten mast van hout, bevestigd met zelftappende schroeven aan een metalen frame:
Het nadeel van de generator was de vrij hoge windsnelheid die nodig was om de wieken te laten draaien. Om het oppervlak te vergroten heb ik messen gebruikt waaruit gesneden is plastic flessen:
segmentlengte – 18 cm;
segmenthoogte – 5 cm;
segmentkoordlengte – 7 cm;
de afstand van het begin van het segment tot het midden van de rotatie-as bedraagt 3 cm.
Het probleem bleek de sterkte van de meshouders te zijn. In eerste instantie gebruikte ik geperforeerde aluminium strips uit een Sovjet-kinderbouwset met een dikte van 1 mm. Na enkele dagen gebruik leidden sterke windstoten tot het breken van de lamellen (1). Na deze mislukking besloot ik de meshouders uit folie-PCB (2) van 1,8 mm dik te snijden:
De buigsterkte van PCB loodrecht op de plaat bedraagt 204 MPa en is vergelijkbaar met de buigsterkte van aluminium - 275 MPa. Maar de elasticiteitsmodulus van aluminium $E$ (70.000 MPa) is veel groter dan die van PCB (10.000 MPa), d.w.z. texoliet is veel elastischer dan aluminium. Dit zal naar mijn mening, rekening houdend met de grotere dikte van de textoliethouders, een veel grotere betrouwbaarheid opleveren bij het bevestigen van de windgeneratorbladen.
De windgenerator is op een mast gemonteerd:
Proefdraaien met de nieuwe versie van de windgenerator toonde zijn betrouwbaarheid, zelfs bij sterke windstoten.
Het nadeel van de Savonius-turbine is lage efficiëntie – slechts ongeveer 15% van de windenergie wordt omgezet in asrotatie-energie (dit is veel minder dan kan worden bereikt met windturbine Daria(Engels) Darrieus-windturbine)), met behulp van hefkracht (eng. tillen). Dit type windturbine is uitgevonden door de Franse vliegtuigontwerper Georges Darrieux. (Georges Jean-Marie Darrieus) – Amerikaans octrooi nr. 1.835.018 uit 1931 .
Het nadeel van de Daria-turbine is dat deze een zeer slechte zelfstart heeft (om koppel uit de wind te genereren, moet de turbine al draaien).
Omzetting van elektrische energie opgewekt door een stappenmotor
De stappenmotorkabels kunnen worden aangesloten op twee bruggelijkrichters gemaakt van Schottky-diodes om de spanningsval over de diodes te verminderen.
U kunt populaire Schottky-diodes gebruiken 1N5817 met een maximale sperspanning van 20 V, 1N5819– 40 V en een maximale directe gemiddelde gelijkgerichte stroom van 1 A. Ik heb de uitgangen van de gelijkrichters in serie geschakeld om de uitgangsspanning te verhogen.
Je kunt ook twee middelpuntgelijkrichters gebruiken. Zo'n gelijkrichter heeft de helft minder diodes nodig, maar tegelijkertijd wordt de uitgangsspanning gehalveerd.
Vervolgens wordt de rimpelspanning afgevlakt met behulp van een capacitief filter - een condensator van 1000 µF bij 25 V. Ter bescherming tegen verhoogde gegenereerde spanning wordt een zenerdiode van 25 V parallel aan de condensator geschakeld.
mijn windgeneratordiagram
elektronische unit van mijn windgenerator
Bij winderig weer bereikt de nullastspanning aan de uitgang van de elektronische eenheid van de windgenerator 10 V en de kortsluitstroom 10 mA.
VERBINDING MAKEN MET JOULE DIEF
Vervolgens kan de afgevlakte spanning van de condensator worden toegepast Joule dief- lage spanning DC-DC omvormer. Ik heb zo'n converter samengesteld op basis van germanium pnp-transistor GT308V ( V.T) en pulstransformator MIT-4V (coil L1– conclusies 2-3, L2– conclusies 5-6):
Weerstandswaarde R wordt experimenteel geselecteerd (afhankelijk van het type transistor) - het is raadzaam om een variabele weerstand van 4,7 kOhm te gebruiken en de weerstand geleidelijk te verlagen, waardoor een stabiele werking van de omzetter wordt bereikt.
mijn omvormer Joule dief
LADING VAN IONISTERS (SUPERCAPACITOREN)
Ionistor (supercondensator, Engels) supercondensator) is een hybride van een condensator en een chemische stroombron.
Ionistor – niet-polair element, maar een van de aansluitingen kan gemarkeerd zijn met een “pijl” om de polariteit van de restspanning aan te geven nadat deze bij de fabrikant is opgeladen.
Voor het eerste onderzoek heb ik een ionistor gebruikt 5R5D11F22H met een capaciteit van 0,22 F voor een spanning van 5,5 V (diameter 11,5 mm, hoogte 3,5 mm):
Ik heb hem via een diode op de uitgang aangesloten Joule dief via een germaniumdiode D310.
Om de maximale laadspanning van de ionistor te beperken, kun je een zenerdiode of een reeks LED's gebruiken - ik gebruik een keten van twee rode LED's:
Om de ontlading van een reeds geladen ionistor te voorkomen door middel van beperkende LED's HL1 En HL2 Ik heb nog een diode toegevoegd - VD2.
Mijn zelfgemaakte windgenerator met behulp van een stappenmotor, mijn fascinerende en gevaarlijke experimenten
Mijn zelfgemaakte windgenerator met stappenmotor Terwijl ik langs zomerhuisjes fietste, zag ik een werkende windgenerator. De grote bladen draaiden langzaam maar zeker, de windwijzer
Stappenmotor als generator?
Ik had een stappenmotor liggen en besloot deze als generator te gebruiken. De motor is uit een oude dot matrix printer gehaald, de opschriften erop zijn als volgt: EPM-142 EPM-4260 7410. De motor was unipolair, dat wil zeggen dat deze motor 2 wikkelingen heeft met een aftakking vanuit het midden, de weerstand van de wikkelingen waren 2x6 ohm.
Voor de test heb je een andere motor nodig om de stappenmotor te laten draaien. Het ontwerp en de montage van de motoren worden weergegeven in de onderstaande afbeeldingen:
We starten de motor soepel zodat het rubber er niet afvliegt. Ik moet zeggen dat hij bij hoge snelheden nog steeds wegvliegt, dus ik heb de spanning niet boven de 6 volt verhoogd.
We sluiten de voltmeter aan en beginnen met testen, eerst meten we de spanning. 
Ik denk dat het niet nodig is om iets uit te leggen en alles wordt duidelijk uit onderstaande foto. De spanning was 16 volt, de snelheid van de draaiende motor is niet hoog, ik denk dat als je hem meer draait, je alle 20 volt eruit kunt persen.
We stellen de spanning in op iets minder dan 5 volt, zodat de stappenmotor na de brug ongeveer 12 volt produceert.
Het schijnt! Tegelijkertijd daalde de spanning van 12 volt naar 8 volt en begon de motor iets langzamer te draaien. De kortsluitstroom zonder de LED-strip was 0,08 A - ik wil u eraan herinneren dat de spin-upmotor NIET op vol vermogen werkte, en vergeet de tweede wikkeling van de stappenmotor niet, u kunt niet zomaar parallel schakelen ze, en ik wilde het circuit niet in elkaar zetten.
Ik denk dat je van een stappenmotor een goede generator kunt maken, deze aan een fiets kunt bevestigen of er een windgenerator van kunt maken.
Stappenmotor als generator? Meander - vermakelijke elektronica
Stappenmotor als generator? Ik had nog een stappenmotor liggen en besloot deze als generator te gebruiken. De motor werd verwijderd uit een oude matrixprinter, de inscripties
Terwijl ik langs zomerhuisjes fietste, zag ik een werkende windgenerator:
De grote wieken draaiden langzaam maar zeker, de windvaan richtte het apparaat in de richting van de wind.
Ik wilde een soortgelijk ontwerp implementeren, hoewel niet in staat om voldoende stroom te genereren om ‘serieuze’ consumenten te voeden, maar nog steeds te werken en bijvoorbeeld batterijen op te laden of LED’s van stroom te voorzien.
Stappenmotoren
Een van de meest effectieve opties voor een kleine zelfgemaakte windgenerator is het gebruik ervan stappenmotor(SD) (Engels) stappenmotor (stappenmotor, stappenmotor).) - bij een dergelijke motor bestaat de rotatie van de as uit kleine stappen. De wikkelingen van de stappenmotor zijn in fasen gecombineerd. Wanneer stroom wordt geleverd aan een van de fasen, beweegt de as één stap.
Deze motoren zijn lage snelheid en een generator met een dergelijke motor kan zonder versnellingsbak worden aangesloten op een windturbine, Stirling-motor of een andere stroombron met laag toerental. Bij gebruik van een conventionele (geborstelde) gelijkstroommotor als generator zou een 10-15 keer hogere rotatiesnelheid nodig zijn om dezelfde resultaten te bereiken.
Een kenmerk van de stepper is een vrij hoog startmoment (zelfs zonder een elektrische belasting aangesloten op de generator), die 40 gram kracht per centimeter bereikt.
Het rendement van een generator met stappenmotor bereikt 40%.
Om de werking van de stappenmotor te controleren, kunt u bijvoorbeeld een rode LED aansluiten. Door de motoras te draaien, kunt u de gloed van de LED waarnemen. De polariteit van de LED-aansluiting doet er niet toe, aangezien de motor wisselstroom produceert.
Vijf-inch diskettestations, maar ook oude printers en scanners, vormen een schatkamer van zulke redelijk krachtige motoren.
Motor 1
Ik heb bijvoorbeeld een SD-kaart van een oude 5,25-inch diskettedrive die er nog steeds deel van uitmaakte ZX-spectrum- een compatibele computer "Byte".
Zo'n schijfstation bevat twee wikkelingen, vanaf de uiteinden en in het midden waarvan conclusies worden getrokken - in totaal zes draden: 
eerste wikkeling spoel 1) - blauw (Engels) blauw) en geel (eng. geel);
tweede wikkeling spoel 2) - rood (Engels) rood) en wit (Engels) wit);
bruin (Engels) bruin) draden - draden vanaf de middelpunten van elke wikkeling (eng. middenkranen).
gedemonteerde stappenmotor
Aan de linkerkant zie je de rotor van de motor, waarop de "gestreepte" magnetische polen zichtbaar zijn - noord en zuid. Rechts zie je de statorwikkeling, bestaande uit acht spoelen.
De weerstand van de helft van de wikkeling is ~70 ohm.
Ik heb deze motor gebruikt in het oorspronkelijke ontwerp van mijn windturbine.
Motor 2
Een minder krachtige stappenmotor tot mijn beschikking T1319635 bedrijven Epoch Electronics Corp. van de scanner HP Scanjet 2400 Het heeft vijf uitgangen (unipolaire motor): 
eerste wikkeling spoel 1) - oranje (Engels) oranje) en zwart (Engels) zwart);
tweede wikkeling spoel 2) - bruin (Engels) bruin) en geel (eng. geel);
rood (Engels) rood) draad - aansluitingen met elkaar verbonden vanaf het middelpunt van elke wikkeling (eng. middenkranen).
De weerstand van de helft van de wikkeling is 58 ohm, wat op het motorhuis is aangegeven.
Motor 3
In een verbeterde versie van de windgenerator gebruikte ik een stappenmotor Robotron SPA 42/100-558, geproduceerd in de DDR en ontworpen voor 12 V: 
Windturbine
Er zijn twee mogelijke opties voor de locatie van de as van de waaier (turbine) van een windgenerator: horizontaal en verticaal.
Voordeel horizontaal(meest populair) plaats as gelegen in de richting van de wind zorgt voor een efficiënter gebruik van windenergie, het nadeel is de complicatie van het ontwerp.
ik kies verticale opstelling bijlen - VAWT (verticale as windturbine), wat het ontwerp aanzienlijk vereenvoudigt en vereist geen oriëntatie met de wind mee . Deze optie is geschikter voor montage op het dak; het is veel effectiever in omstandigheden met snelle en frequente veranderingen in de windrichting.
Ik heb een type windturbine gebruikt, een Savonius-windturbine. Savonius-windturbine). Het werd uitgevonden in 1922 Sigurd Johannes Savonius) uit Finland. 
Sigurd Johannes Savonius
De werking van de Savonius-windturbine is gebaseerd op het feit dat er weerstand is sleuren) de tegemoetkomende luchtstroom - de wind van het concave oppervlak van de cilinder (blad) is groter dan de convexe.
Aërodynamische weerstandscoëfficiënten ( Engels luchtweerstandscoëfficiënten) $C_D$
tweedimensionale lichamen:
concave helft van de cilinder (1) - 2,30
bolle helft van de cilinder (2) - 1,20
platte vierkante plaat - 1.17
3D-lichamen:
concave holle halve bol (3) - 1,42
convexe holle halve bol (4) - 0,38
bol - 0,5
De aangegeven waarden zijn gegeven voor Reynoldsgetallen. Reynolds-cijfers) in het bereik $10^4 - 10^6$. Het Reynoldsgetal karakteriseert het gedrag van een lichaam in een medium.
Lichaamsweerstand tegen luchtstroom $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, waarbij $\rho$ de luchtdichtheid is, $v$ de luchtstroomsnelheid, $ S $ is het dwarsdoorsnedeoppervlak van het lichaam.
Zo’n windturbine draait in dezelfde richting, ongeacht de windrichting: 
Een soortgelijk werkingsprincipe wordt gebruikt in de cup-anemometer. kopanemometer)- een apparaat voor het meten van de windsnelheid: 
Zo'n anemometer werd in 1846 uitgevonden door de Ierse astronoom John Thomas Romney Robinson ( John Thomas Romney Robinson):
Robinson geloofde dat de cups in zijn vier-cup anemometer met een derde van de snelheid van de wind bewogen. In werkelijkheid varieert deze waarde van twee tot iets meer dan drie.
Momenteel worden windmeters met drie kopjes, ontwikkeld door de Canadese meteoroloog John Patterson, gebruikt om de windsnelheid te meten. John Patterson) in 1926: 
Generatoren op basis van geborstelde gelijkstroommotoren met een verticale microturbine worden verkocht tegen eBay voor ongeveer $ 5: 
Zo'n turbine bevat vier bladen gerangschikt langs twee loodrechte assen, met een waaierdiameter van 100 mm, een bladhoogte van 60 mm, een koordelengte van 30 mm en een segmenthoogte van 11 mm. De waaier is met markeringen gemonteerd op de as van een commutator-DC-micromotor JQ24-125H670. De nominale voedingsspanning van een dergelijke motor is 3 ... 12 V.
De door zo’n generator opgewekte energie is voldoende om een “witte” LED te laten oplichten.
Rotatiesnelheid van de Savonius-windturbine kan de windsnelheid niet overschrijden , maar tegelijkertijd wordt dit ontwerp gekenmerkt hoog koppel (Engels) koppel).
De efficiëntie van een windturbine kan worden beoordeeld door het vermogen dat door de windgenerator wordt opgewekt te vergelijken met het vermogen dat aanwezig is in de wind die door de turbine waait:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$, waarbij $\rho$ de luchtdichtheid is (ongeveer 1,225 kg/m 3 op zeeniveau), $S$ het bestreken oppervlak is van de turbine (eng. leeggeruimd gebied), $v$ - windsnelheid.
Mijn windturbine
Optie 1
Aanvankelijk gebruikte mijn generatorwaaier vier bladen in de vorm van segmenten (helften) van uitgesneden cilinders kunststof buizen:
Segmentgroottes -
segmentlengte - 14 cm;
segmenthoogte - 2 cm;
segmentkoordlengte - 4 cm;
Ik installeerde de gemonteerde structuur op een vrij hoge (6 m 70 cm) houten mast van hout, bevestigd met zelftappende schroeven aan een metalen frame: 
Optie 2
Het nadeel van de generator was de vrij hoge windsnelheid die nodig was om de wieken te laten draaien. Om het oppervlak te vergroten heb ik messen gebruikt waaruit gesneden is plastic flessen:
Segmentgroottes -
segmentlengte - 18 cm;
segmenthoogte - 5 cm;
segmentkoordlengte - 7 cm;
de afstand van het begin van het segment tot het midden van de rotatie-as bedraagt 3 cm.
Optie 3
Het probleem bleek de sterkte van de meshouders te zijn. In eerste instantie gebruikte ik geperforeerde aluminium strips uit een Sovjet-kinderbouwset met een dikte van 1 mm. Na enkele dagen gebruik leidden sterke windstoten tot het breken van de lamellen (1). Na deze mislukking besloot ik de meshouders uit folie-PCB (2) van 1,8 mm dik te snijden: 
De buigsterkte van PCB loodrecht op de plaat bedraagt 204 MPa en is vergelijkbaar met de buigsterkte van aluminium - 275 MPa. Maar de elasticiteitsmodulus van aluminium $E$ (70.000 MPa) is veel groter dan die van PCB (10.000 MPa), d.w.z. texoliet is veel elastischer dan aluminium. Dit zal naar mijn mening, rekening houdend met de grotere dikte van de textoliethouders, een veel grotere betrouwbaarheid opleveren bij het bevestigen van de windgeneratorbladen.
De windgenerator is op een mast gemonteerd: 
Proefdraaien met de nieuwe versie van de windgenerator toonde zijn betrouwbaarheid, zelfs bij sterke windstoten.
Het nadeel van de Savonius-turbine is lage efficiëntie
- slechts ongeveer 15% van de windenergie wordt omgezet in asrotatie-energie (dit is veel minder dan mogelijk is met windturbine Daria(Engels) Darrieus-windturbine)), met behulp van hefkracht (eng. tillen). Dit type windturbine is uitgevonden door de Franse vliegtuigontwerper Georges Darrieux. (Georges Jean-Marie Darrieus) - Amerikaans octrooi nr. 1.835.018 uit 1931 .
Georges Darrieux
Het nadeel van de Daria-turbine is dat deze een zeer slechte zelfstart heeft (om koppel uit de wind te genereren, moet de turbine al draaien).
Omzetting van elektrische energie opgewekt door een stappenmotor
De stappenmotorkabels kunnen worden aangesloten op twee bruggelijkrichters gemaakt van Schottky-diodes om de spanningsval over de diodes te verminderen.
U kunt populaire Schottky-diodes gebruiken 1N5817 met een maximale sperspanning van 20 V, 1N5819- 40 V en een maximale directe gemiddelde gelijkgerichte stroom van 1 A. Ik heb de uitgangen van de gelijkrichters in serie geschakeld om de uitgangsspanning te verhogen.
Je kunt ook twee middelpuntgelijkrichters gebruiken. Zo'n gelijkrichter heeft de helft minder diodes nodig, maar tegelijkertijd wordt de uitgangsspanning gehalveerd.
Vervolgens wordt de rimpelspanning afgevlakt met behulp van een capacitief filter - een condensator van 1000 µF bij 25 V. Ter bescherming tegen de verhoogde gegenereerde spanning wordt een zenerdiode van 25 V parallel aan de condensator geschakeld. 
mijn windgeneratordiagram
elektronische unit van mijn windgenerator
Toepassing voor windgenerator
De spanning die door een windgenerator wordt gegenereerd, is afhankelijk van de grootte en constantheid van de windsnelheid.
Wanneer de wind dunne boomtakken laat zwaaien, bereikt de spanning 2 ... 3 V.
Wanneer de wind de dikke takken van bomen laat zwaaien, bereikt de spanning 4 ... 5 V (met sterke windstoten - tot 7 V).
VERBINDING MAKEN MET JOULE DIEF
De afgevlakte spanning van de condensator van de windgenerator kan op een lage spanning worden geleverd DC-DC omvormer 
Weerstandswaarde R wordt experimenteel geselecteerd (afhankelijk van het type transistor) - het is raadzaam om een variabele weerstand van 4,7 kOhm te gebruiken en de weerstand geleidelijk te verlagen, waardoor een stabiele werking van de omzetter wordt bereikt.
Ik heb zo'n converter samengesteld op basis van germanium pnp-transistor GT308V ( V.T) en pulstransformator MIT-4V (coil L1- conclusies 2-3, L2- conclusies 5-6): 
LADING VAN IONISTERS (SUPERCAPACITOREN)
Ionistor (supercondensator, Engels) supercondensator) is een hybride van een condensator en een chemische stroombron.
Ionistor - niet-polair element, maar een van de aansluitingen kan gemarkeerd zijn met een “pijl” om de polariteit van de restspanning aan te geven nadat deze bij de fabrikant is opgeladen.
Voor het eerste onderzoek heb ik een ionistor gebruikt met een capaciteit van 0,22 F voor een spanning van 5,5 V (diameter 11,5 mm, hoogte 3,5 mm):
Ik heb hem via een diode op de uitgang aangesloten via een germaniumdiode D310.
Om de maximale laadspanning van de ionistor te beperken, kun je een zenerdiode of een reeks LED's gebruiken - ik gebruik een keten van twee rode LED's: 
Om de ontlading van een reeds geladen ionistor te voorkomen door middel van beperkende LED's HL1 En HL2 Ik heb nog een diode toegevoegd - VD2.
Wordt vervolgd
Ik schreef aan het begin van de zomer al over een zelfgemaakte windmolen - een windmeter.
Zijn doel was om het verzamelen van windstatistieken te organiseren en op basis daarvan een beslissing te nemen over de bouw van een grote, serieuze windturbine. Helaas was er noch een programmeur bereid om een programma te schrijven voor het verwerken van gegevens van de windmeter, noch een specialist in microcontrollers om het juiste apparaat te maken. Daarom moest ik helaas de wind visueel observeren, aangezien de windwijzer altijd in zicht was. En helaas zijn deze observaties uiterst deprimerend...
Feit is dat de wind in de centrale zone van het Europese deel van Rusland extreme turbulentie in zijn oppervlaktelagen kent. Letterlijk binnen 3-5 minuten stopt de windmolen herhaaldelijk (of vertraagt hij enorm) en draait zodat de wieken niet zichtbaar zijn. Tegelijkertijd verandert de windrichting in de sector tot 90-120 graden. Het komt uiterst zelden voor dat er dagen zijn waarop er een relatief sterke en constante wind waait. Gedurende de hele zomer waren er in mijn omgeving slechts 4 van dergelijke dagen. Er waren verschillende rustige dagen. En verder was de wind zeer turbulent, zowel in snelheid als in richting.
In dergelijke omstandigheden is het maken van een “wereldwijde” windenergiegenerator (1-2 kW of meer) volkomen zinloos. Niet alleen zal het zichzelf nooit terugbetalen, maar het zal over het algemeen ook slecht werken. Omdat een krachtige generator grote bladen nodig heeft, zullen ze een hoge traagheid hebben en daarom harde windstoten "doorlaten". Die. ze hebben simpelweg geen tijd om te ontspannen. Soms duren dergelijke windstoten, die de hoofdkracht van de "gemiddelde" windstroom dragen, slechts 15-30 seconden.
Bovendien heeft elk roterend object een aanzienlijk traagheidsmoment in het rotatievlak en is het in feite een gyroscoop. Ik hoop dat de lezer zich een eenvoudig schoolexperiment herinnert waarin het gyroscopische effect met een fietswiel werd gedemonstreerd. Eenmaal losgedraaid, kan hij gemakkelijk met letterlijk “twee vingers” worden vastgehouden aan een van de uitstekende uiteinden van zijn as. En het is buitengewoon moeilijk om hem zijwaarts te draaien en in een ander vlak te laten draaien. Ongeveer hetzelfde zal gebeuren met een windmolenpropeller als de windrichting verandert. Zowel de as als de propellerbladen zullen monsterlijke zijdelingse wisselende belastingen ondergaan.
Deze omstandigheden maakten feitelijk een einde aan de hoop om met één grote windmolen rond te komen. Natuurlijk zal het werken. Maar zelden en dom. Bij zwakke, turbulente wind zal het nog steeds weinig kracht produceren, en bij sterke wind weet je niet wat je met het teveel moet doen. En natuurlijk moet je de terugverdientijd vergeten. Het zal gewoon een duur en mooi stuk speelgoed zijn, de meest domme investering van geld en arbeid die je je kunt voorstellen.
Veelbelovende windturbineontwerpen zijn kleine, energiezuinige windgeneratoren die vrijwel geen traagheid hebben. Zij zijn degenen die bijna alle energie die de wind met zich meedraagt, uit de wind kunnen halen. Zodanig dat ze de tijd zouden hebben om snel tot rust te komen en de koerswisselingen te oefenen. En om een hoog vermogen te verkrijgen, moet je een soort windpark bouwen met windgeneratoren die zich op masten van verschillende hoogtes bevinden (om elkaar niet tegen de wind te beschermen). Dit zal overigens de stormweerstand aanzienlijk vergroten, problemen oplossen met krachtige zware masten en scheerlijnen (de masten zullen elkaar vasthouden), en met de betrouwbaarheid van de "elektriciteitscentrale" - alle generatoren kunnen immers niet kapot gaan eenmalige en geplande reparaties en onderhoud zullen niet leiden tot een volledige stopzetting van de opwekkingscapaciteit.
Omdat ik tot zulke teleurstellende conclusies was gekomen, besloot ik mijn windmeter om te bouwen tot een werkend model van een windgenerator. Die. In plaats van dom na te denken over een windwijzer, kun je er praktische voordelen uit halen. Bovendien is de windmolengenerator een stappenmotor met 200 “stappen” per omwenteling en genereert hij zelfs bij lage snelheden vrij snel elektriciteit. Het generatorvermogen bedraagt ongeveer 7-8 Watt
Allereerst was het nodig om de bladen te vervangen door minder traagheidsbladen. De blowers van de ventilator zijn nog behoorlijk zwaar. Van de resten van duraluminiumgietwerk heb ik nieuwe windmolenwieken gemaakt voor kunststof ramen. De diameter van de propeller bedraagt circa 50 centimeter. Dit belooft maximaal vermogen voor de generator, zelfs bij een windsnelheid van 4 m/s. Ik heb een driehoek uit dik multiplex gesneden. Ik heb er een huls in gelijmd (met epoxyhars), waarvan de binnendiameter samenviel met de diameter van de as van de stappenmotor. Nadat ik het zorgvuldig had gemarkeerd, maakte ik sneden in de "cockpit" van multiplex en lijmde de messen in de sleuven. Bovendien heb ik ze vastgezet met kleine schroeven. Terwijl de epoxy niet uithardde, probeerde ik de schroef zoveel mogelijk in evenwicht te brengen, zodat deze niet trilde tijdens het draaien. Nadat de epoxyhars was uitgehard, heb ik de balans nog eens gecontroleerd en tot in de perfectie gebracht door dunne stroken duraluminium van de randen van de messen af te snijden.
Over het algemeen hebben kleine windgeneratoren een prettige eigenschap. Het heeft vrijwel geen zin om je bezig te houden met de meest complexe berekeningen van KIEV, bladprofielen en hun vervaardiging. De eenvoudigste, platte exemplaren zullen prima werken. En het vereiste vermogen kan worden verkregen door ze eenvoudigweg te verlengen (en dus het veegoppervlak te vergroten).
Dit alles maakt de windgenerator extreem goedkoper, en het is logisch om hem te produceren en te gebruiken. In het bijzonder heb ik ongeveer 3-4 uur aan de mijne besteed (inclusief de windwijzer) en heb ik geen rekening gehouden met de polymerisatietijd van de epoxyhars. De kosten waren “nul”, aangezien alles “van afval” werd gemaakt, d.w.z. schroot materialen.
Het lijkt erop, waar kan zo'n generator met laag vermogen worden gebruikt? In de toekomst ga ik het gebruiken om... water te verwarmen. Of beter gezegd, om het warmteverlies van door de zon verwarmd water te compenseren. De eenvoudigste berekening toont de absolute geldigheid van mijn hoop aan.
Laten we zeggen dat er een bepaalde tank is - een thermoskan, 50 liter, waarin 's avonds water dat door de zonnecollector tot 50 graden is verwarmd, wordt afgevoerd. De grootte van de tank is ongeveer 40 x 40 x 40 cm. Dienovereenkomstig zal het oppervlak gelijk zijn aan 1 vierkant. meter De tank is omgeven door thermische isolatie met NAAR thermische geleidbaarheid 0,15 W/m*deg en dikte 30 cm en warmteverlies zal ongeveer 0,5 W/deg zijn. Die. om een temperatuurverschil van 20-25 graden tussen het warme water in de thermostank en de omringende lucht te behouden, is een generator met een vermogen van slechts 10-15 W voldoende! Het compenseert het warmteverlies en zodra het water verwarmd is, zal het nooit meer afkoelen. En als er een stevige wind staat, warmt het ook op.
Nu draait mijn generator onbelast en ondergaat hij “zeeproeven”. Maar in de nabije toekomst zal ik hem dwingen de batterijen op te laden in de verlichting van het landelijke toilet en de verlichting van het pad ernaartoe. Anders is het lui en moeilijk om het netsnoer daarheen te slepen, en ik ben het al beu om de batterijen in een Chinese lantaarn te vervangen.
