Кроковий двигун це не тільки мотор, що приводить у дію всілякий пристрої (принтер, сканер тощо), але й непоганий генератор! Основною перевагою такого генератора є те, що йому не потрібні великі обороти. Іншими словами, навіть за невеликих оборотів кроковий двигун виробляє досить багато енергії. Тобто звичайному велосипедному генератору потрібні початкові обороти доти, доки ліхтар не почне світити яскравим світлом. Цей недолік пропадає під час використання крокового двигуна.
У свою чергу кроковий двигун має і ряд недоліків. Основним із них є велике магнітне залипання.
Ну та гаразд. Для початку нам потрібно знайти кроковий двигун. Тут працює правило: Чим двигун більше – тим краще.
Почнемо із найбільшого. Я видер його з плоттера для друку, це такий великий принтер. На вигляд двигун виглядає досить великим.
Перед тим як показати вам схему стабілізації та живлення, я хочу показати Вам метод кріплення на Ваш велобайк.
Ось ще один варіант з меншим двигуном.
Я думаю кожен з Вас при будівництві вибере найбільш вдалий для нього варіант.
Ну а тепер час настав поговорити про ліхтарі та ланцюги живлення. Звичайно всі ліхтарі - світлодіодні.
Схема випрямлення проста: блок випрямляючих діодів, пара конденсаторів великої ємності і стабілізатор напруги.
Зазвичай з крокового двигуна виходить 4 дроти, що відповідають двом котушкам. Тому на малюнку два випрямлячі блоки.
У статті я опишу весь цикл виготовлення драйвера крокового електромотора для експериментів. Це не кінцевий варіант, він розрахований на керування одним електромотором і необхідний тільки для досліджень, схема кінцевого драйвера крокового двигуна буде представлена в окремій статті.
Для того щоб виготовити контролер крокового двигуна, необхідно зрозуміти принцип роботи самих крокових електричних машин і чим вони відрізняються від інших типів електромоторів. А різновидів електричних машин існує безліч: постійного струму, змінного струму. Електродвигуни змінного струму поділяються на синхронні та асинхронні. Описувати кожен тип електродвигунів я не стану так як це виходить за рамки даної статті, скажу лише що кожен тип двигуна має свої переваги та недоліки. А що таке кроковий електродвигун і як ним управляти?
Кроковий електродвигун - це синхронний безщітковий електродвигун з декількома обмотками (зазвичай з чотирма), в якому струм, що подається в одну з статора обмоток, викликає фіксацію ротора. Послідовна активація обмоток двигуна викликає дискретні кутові переміщення (кроки) ротора. Принципова електрична схема крокового двигуна дає уявлення про його пристрій.
А на цій картинці показана таблиця істинності та діаграма роботи кроковика у повнокроковому режимі. Існують ще й інші режими роботи крокових двигунів (напівкроковий, мікрокроковий та ін.)
А як крутити ротор в інший бік? Так, дуже просто, потрібно змінити послідовність сигналів з ABCD на DCBA.
А як повертати ротор на конкретний кут, наприклад 30 градусів? Кожна модель крокового електромотора має такий параметр як число кроків. У кроковиків які витягнув з матричних принтерів цей параметр 200 і 52, тобто. щоб зробити повний оборот 360 градусів одним двигунам потрібно пройти 200 кроків, а іншим 52. Виходить, щоб повернути ротор на кут 30 градусів, потрібно пройти:
-у першому випадку 30:(360:200)=16,666... (кроків) можна округлити до 17 кроків;
-В другому випадку 30: (360:52) = 4,33 ... (Кроку), можна округлити до 4 кроків.
Як бачите, є досить велика похибка, можна зробити висновок що чим більше кроків у мотора тим менша похибка. Похибка можна зменшувати якщо використовувати напівкроковий або мікрокроковий режим роботи або механічним способом - використовувати понижуючий редуктор у цьому випадку страждає на швидкість руху.
Як управляти швидкістю обертання ротора? Достатньо змінити тривалість імпульсів, що подаються на входи ABCD, чим довше імпульси по осі часу, тим менша швидкість обертання ротора.
Вважаю, що цієї інформації буде достатньо, щоб мати теоретичне уявлення про роботу крокових електромоторів, всі інші знання можна буде отримати експериментуючи.
І так перейдемо до схемотехніки. Як працювати з кроковим двигуном ми розібралися, залишилося підключити його до Arduino і написати програму, що управляє. На жаль безпосередньо підключити обмотки двигуна до виходів нашого мікроконтролера неможливо з однієї простої причини - нестача потужності. Будь-який електромотор пропускає через свої обмотки досить великий струм, а до мікроконтролера можна підключити навантаження не більше40 mA (параметри ArduinoMega 2560). Що ж робити якщо є необхідність керувати навантаженням наприклад 10A та ще й напругою 220В? Цю проблему можна вирішити якщо між мікроконтролером та кроковим двигуном інтегрувати силову електричну схему, тоді можна буде керувати хоч трифазним електромотором, який відкриває багатотонний люк у ракетну шахту:-). У нашому випадку люк у ракетну шахту відкривати не потрібно, нам потрібно лише змусити працювати кроковий мотор і в цьому нам допоможе драйвер крокового двигуна. Можна звичайно купити готові рішення, на ринку їх дуже багато, але я робитиму свій власний драйвер. Для цього мені знадобляться ключові польові транзистори Mosfet, як я вже казав ці транзистори ідеально підходять для сполучення Arduino з будь-якими навантаженнями.
На малюнку нижче представлена електрична принципова схема контролера крокового двигуна.
Як силові ключі я застосувавтранзистори IRF634B максимальна напруга виток-стік 250В, струм стоку 8,1А, цього більш ніж достатньо для мого випадку.Зі схемою розібралися будемо малювати друковану плату. Малював у вбудованому у Windows редакторі Paint, скажу це не найкраща витівка, наступного разу використовуватиму якийсь спеціалізований і простий редактор друкованих плат. Нижче наведено малюнок готової друкованої плати.
Далі це зображення у дзеркальному відображенні роздруковуємо на папері за допомогою лазерного принтера. Яскравість друку найкраще зробити максимальною, а папір потрібно використовувати не звичайний офісний, а глянцевий, підійдуть звичайні глянцеві журнали. Беремо лист і друкуємо поверх наявного зображення. Далі картинку прикладаємо до заздалегідь підготовленого шматка фольгованого склотекстоліту і добре прогладжуємо праскою протягом 20 хвилин. Праску потрібно нагріти до максимальної температури.
Як приготувати текстоліт? У перших його потрібно відрізати за розміром зображення друкованої плати (за допомогою ножиць по металу або ножівкою по металі), по друге зашкурити краї дрібним наждачним папером, щоб не залишилося задирок. Також необхідно пройтися наждачкою по поверхні фольги, зняти оксиди, фольга набуде рівного червоного відтінку. Далі поверхню оброблену наждачним папером потрібно протерти ваткою змоченою в розчинник (використовуйте 646 розчинник він менше смердить).
Після прогрівання праскою тонер з паперу запікається на поверхню фольгованого склотекстоліту у вигляді зображення контактних доріжок. Після цієї операції плату з папером необхідно остудити до кімнатної температури і покласти у ванну з водою приблизно на 30 хвилин. За цей час папір розкисне і його потрібно акуратно скачати подушечками пальців з поверхні текстоліту. На поверхні залишаться рівні чорні сліди як контактних доріжок. Якщо у вас не вдалося перенести зображення з паперу і у вас є огріхи, слід змити тонер з поверхні текстоліту розчинником і повторити все заново. У мене все вийшло з першого разу.
Після отримання якісного зображення доріжок, необхідно витравити зайву мідь, для цього нам знадобиться травильний розчин, який ми приготуємо самі. Раніше для травлення друкованих плат я використав мідний купорос та звичайну кухонну сіль у співвідношенні на 0,5 літра гарячої води по 2 столові ложки з гіркою мідного купоросу та кухонної солі. Все це ретельно розмішувалося у воді і готовий розчин. Але цього разу спробував інший рецепт, дуже дешевий та доступний.
Рекомендований спосіб приготування травильного розчину:
У 100 мл аптечної 3% перекису водню розчиняється 30 г лимонної кислоти та 2 чайні ложки кухонної солі. Цього розчину має вистачити для травлення площі 100 см2. Сіль при підготовці розчину можна не шкодувати. Оскільки вона грає роль каталізатора й у процесі травлення мало витрачається.
Після приготування розчину друковану плату необхідно опустити в ємність з розчином і спостерігати за процесом травлення, тут головне не перетримати. Розчин з'їсть непокриту тонером поверхню міді, як тільки це станеться, плату необхідно дістати і промити холодною водою, далі її потрібно просушити і зняти з поверхні доріжок тонер за допомогою ватки та розчинника. Якщо у вашій платі передбачені отвори для кріплення радіодеталей або кріплення, саме час просвердлити їх. Я опустив цю операцію через те, що це всього лише макетний драйвер крокового двигуна, призначений для освоєння нових для мене технологій.
Приступаємо до лудіння доріжок. Це необхідно зробити, щоб полегшити собі роботу при пайці. Раніше я лудив за допомогою припою та каніфолі, але скажу це "брудний" спосіб. Від каніфолі багато диму та шлаку на платі, який потрібно буде змивати розчинником. Я застосував інший спосіб, лудіння гліцерином. Гліцерин продається в аптеках і коштує копійки. Поверхню плати необхідно протерти ваткою змоченою у гліцерині та наносити припій паяльником точними мазками. Поверхня доріжок покривається тонким шаром припою та залишається чистою, зайвий гліцерин можна видалити ваткою або промити плату у воді з милом. На жаль у мене немає фотографії отриманого результату, після лудіння, але якість, що вийшла, вражає.
Далі необхідно припаяти всі радіодеталі на плату, для паяння SMD компонентів я використав пінцет. Як флюс використовував гліцерин. Вийшло дуже акуратно.
Результат очевидний. Звичайно, після виготовлення плата виглядала краще, на фото вона вже після численних експериментів (для цього вона і створювалася).
Отже, наш драйвер крокового двигуна готовий! Тепер переходимо до найцікавішого до практичних експериментів. Припаюємо всі дроти, підключаємо джерело живлення і пишемо керуючу програму для Arduino.
Середовище розробки Arduino багате на різні бібліотеки, для роботи з кроковим двигуном передбачена спеціальна бібліотека Stepper.h, її ми будемо використовувати. Як користуватися середовищем розробки Arduino і описувати синтаксис мови програмування я не стану, цю інформацію ви можете переглянути на сайті http://www.arduino.cc/, там же опис всіх бібліотек з прикладами, в тому числі опис Stepper.h.
Лістинг програми:
/*
* Тестова програма для кроковика
*/
#include
#define STEPS 200
Stepper stepper(STEPS, 31, 33, 35, 37);
void setup()
{
stepper.setSpeed(50);
}
void loop()
{
stepper.step(200);
delay(1000);
}
Ця керуюча програма змушує робити один повний оборот валу крокового двигуна, після перерви тривалістю в секунду, повторюється до нескінченності. Можна поекспериментувати зі швидкістю обертання, напрямом обертання і кутами поворотів.
Проїжджаючи на велосипеді повз дачні ділянки, я побачив працюючий вітрогенератор:
Великі лопаті повільно, але вірно оберталися, флюгер орієнтував пристрій у напрямку вітру.
Мені захотілося реалізувати подібну конструкцію, нехай і не здатну виробляти потужність, достатню для забезпечення "серйозних" споживачів, але все-таки працюючу і, наприклад, акумулятори, що заряджають або живить світлодіоди.
Крокові двигуни
Одним із найбільш ефективних варіантів невеликого саморобного вітроелектрогенератора є використання крокового двигуна(ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) – у такому моторі обертання валу складається з невеликих кроків. Обмотки крокового двигуна поєднані у фази. При подачі струму в одну із фаз відбувається переміщення валу на один крок.
Ці двигуни є низькооборотнимиі генератор з таким двигуном може бути без редуктора підключений до вітряної турбіни, двигуна Стірлінга або іншого низькооборотного джерела потужності. При використанні як генератор звичайного (колекторного) двигуна постійного струму для досягнення таких же результатів знадобилася б у 10-15 разів більша частота обертання.
Особливістю кроковика є досить високий момент торкання (навіть без підключеного до генератора електричного навантаження), що досягає 40 г сили на сантиметр.
Коефіцієнт корисної дії генератора з ШД сягає 40%.
Для перевірки працездатності крокового двигуна можна підключити, наприклад червоний світлодіод. Обертаючи вал двигуна, можна спостерігати світіння світлодіода. Полярність підключення світлодіода не має значення, тому що двигун виробляє змінний струм.
Кладезем таких потужних двигунів є п'ятидюймові дисководи гнучких дисків, а також старі принтери і сканери.
Двигун 1
Наприклад, я маю ШД зі старого 5.25″ дисководу, який працював ще у складі ZX Spectrum- сумісного комп'ютера "Байт".
Такий дисковод містить дві обмотки, від кінців і середини яких зроблено висновки - разом із двигуна виведено шістьпроводів: 
перша обмотка (англ. coil 1) – синій (англ. blue) та жовтий (англ. yellow);
друга обмотка (англ. coil 2) – червоний (англ. red) та білий (англ. white);
коричневі (англ. brown) Провід - висновки від середніх точок кожної обмотки (англ. center taps).
розібраний кроковий мотор
Зліва видно ротор двигуна, у якому видно " смугасті " магнітні полюси - північний і південний. Правіше видно обмотка статора, що складається з восьми котушок.
Опір половини обмотки становить ~70 Ом.
Я використав цей двигун у початковій конструкції мого вітрогенератора.
Двигун 2
Менш потужний кроковий двигун, що знаходиться в моєму розпорядженні T1319635фірми Epoch Electronics Corp.зі сканера HP Scanjet 2400має п'ятьвисновків (уніполярний мотор): 
перша обмотка (англ. coil 1) – помаранчевий (англ. orange) та чорний (англ. black);
друга обмотка (англ. coil 2) – коричневий (англ. brown) та жовтий (англ. yellow);
червоний (англ. red) Провід - з'єднані разом висновки від середньої точки кожної обмотки (англ. center taps).
Опір половини обмотки становить 58 Ом, що вказано на корпусі двигуна.
Двигун 3
У покращеному варіанті вітрогенератора я використав кроковий двигун Robotron SPA 42/100-558, Вироблений в НДР і розрахований на напругу 12 В: 
Вітротурбіна
Можливі два варіанти розташування осі крильчатки (турбіни) вітрогенератора – горизонтальне та вертикальне.
Перевагою горизонтального(найпопулярнішого) розташуванняОсі, що розташовується у напрямку вітру, є ефективніше використання енергії вітру, недолік - ускладнення конструкції.
Я обрав вертикальне розташуванняосі - VAWT (vertical axis wind turbine), що істотно спрощує конструкцію та не вимагає орієнтації за вітром . Такий варіант більш придатний для монтування на дах, він набагато ефективніший в умовах швидкої та частої зміни напряму вітру.
Я використовував тип вітротурбіни, званий вітротурбіна Савоніуса (англ. Savonius wind turbine). Вона була винайдена у 1922 році Сігурдом Йоханнесом Савоніусом (Sigurd Johannes Savonius) із Фінляндії. 
Сігурд Йоханнес Савоніус
Робота вітротурбіни Савоніуса полягає в тому, що опір (англ. drag) набігає потоку повітря - вітру увігнутої поверхні циліндра (лопаті) більше, ніж опуклої.
Коефіцієнти аеродинамічного опору (англ. drag coefficients) $C_D$
двомірні тіла:
увігнута половина циліндра (1) - 2,30
опукла половина циліндра (2) – 1,20
плоска квадратна пластина – 1,17
тривимірні тіла:
увігнута порожня напівсфера (3) - 1,42
опукла порожня напівсфера (4) - 0,38
сфера – 0,5
Вказані значення наведено для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) у діапазоні $10^4 - 10^6$. Число Рейнольдса характеризує поведінку тіла у середовищі.
Сила опору тіла повітряному потоку $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, де $\rho$ - щільність повітря, $v$ - швидкість повітряного потоку, $S $ - площа перетину тіла.
Така вітротурбіна обертається в ту саму сторону, незалежно від напрямку вітру: 
Подібний принцип роботи використовується у чашковому анемометрі (англ. cup anemometer)- прилад для вимірювання швидкості вітру: 
Такий анемометр був винайдений у 1846 році ірландським астрономом Джоном Томасом Ромні Робінсоном. John Thomas Romney Robinson):
Робінсон вважав, що чашки в його чотиричашковому анемометрі переміщуються зі швидкістю, що дорівнює одній третині швидкості вітру. Насправді це значення коливається від двох до трохи більше трьох.
В даний час для вимірювання швидкості вітру використовуються тричашкові анемометри, розроблені канадським метеорологом Джоном Паттерсоном. John Patterson) у 1926 році: 
Генератори на колекторних двигунах постійного струму з вертикальною мікротурбіною продаються на eBayза ціною близько $5: 
Така турбіна містить чотири лопаті, розташовані вздовж двох перпендикулярних осей з діаметром крильчатки 100 мм, висотою лопаті 60 мм, довжиною хорди 30 мм і висотою сегмента 11 мм. Крильчатка насаджена на вал колекторного мікродвигуна постійного струму з маркуванням JQ24-125H670. Номінальна напруга живлення такого двигуна становить 3...12 В.
Енергії, що виробляється таким генератором, вистачає для світіння "білого" світлодіода.
Швидкість обертання вітротурбіни Савоніуса не може перевищувати швидкість вітру , але при цьому така конструкція характеризується високим крутним моментом (Англ. torque).
Ефективність вітротурбіни можна оцінити, порівнявши потужність, що виробляється вітрогенератором, з потужністю, укладеною у вітрі, що обдує турбіну:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$ , де $\rho$ - щільність повітря (близько 1,225 кг/м 3 на рівні моря), $S$ - ометана площа турбіни (англ. swept area), $v$ - швидкість вітру.
Моя вітротурбіна
Варіант 1
Спочатку в крильчатці мого генератора використано чотири лопаті у вигляді сегментів (половинок) циліндрів, вирізаних з пластикових труб:
Розміри сегментів -
довжина сегмента – 14 см;
висота сегмента – 2 см;
довжина хорди сегмента – 4 см;
Я встановив зібрану конструкцію на досить високій (6 м 70 см) дерев'яній щоглі з бруса, прикріплену шурупами до металевого каркасу: 
Варіант 2
Недоліком генератора була досить висока швидкість вітру, необхідна розкручування лопатей. Для збільшення площі поверхні я використав лопаті, вирізані з пластикових пляшок:
Розміри сегментів -
довжина сегмента – 18 см;
висота сегмента – 5 см;
довжина хорди сегмента – 7 см;
відстань від початку сегмента до центру осі обертання – 3 см.
Варіант 3
Проблемою виявилася міцність утримувачів лопатей. Спочатку я використав перфоровані алюмінієві планки від радянського дитячого конструктора завтовшки 1 мм. Через кілька діб експлуатації сильні пориви вітру призвели до зламу планок (1). Після цієї невдачі я вирішив вирізати тримачі лопат з фольгованого текстоліту (2) товщиною 1,8 мм: 
Міцність текстоліту на вигин перпендикулярно пластині становить 204 МПа і порівняємо з міцністю на вигин алюмінію – 275 МПа. Але модуль пружності алюмінію $E$ (70000 МПа) набагато більше, ніж текстоліт (10000 МПа), тобто. тексоліт набагато еластичніший за алюміній. Це, на мою думку, з урахуванням більшої товщини текстолітових власників забезпечить набагато більшу надійність кріплення лопатей вітрогенератора.
Вітрогенератор змонтований на щоглі: 
Досвідчена експлуатація нового варіанту вітрогенератора показала його надійність навіть за сильних поривів вітру.
Недоліком турбіни Савоніуса є невисока ефективність
- лише близько 15 % енергії вітру перетворюється на енергію обертання валу (це набагато менше, ніж може бути досягнуто з вітротурбіною Дар'ї(Англ. Darrieus wind turbine)), що використовує підйомну силу (англ. lift). Цей вид вітротурбіни був винайдений французьким авіаконструктором Жоржем Дар'є (Georges Jean Marie Darrieus) -патент США від 1931 року № 1,835,018 .
Жорж Дар'ї
Недоліком турбіни Дар'ї є те, що у неї дуже поганий самозапуск (для вироблення крутного моменту від вітру турбіни вже має бути розкручена).
Перетворення електроенергії, що виробляється кроковим двигуном
Висновки крокового двигуна можуть бути підключені до двох мостових випрямлячів, зібраних з діодів Шоттки зниження падіння напруги на діодах.
Можна застосувати популярні діоди Шоттки 1N5817з максимальною зворотною напругою 20 В, 1N5819- 40 В та максимальним прямим середнім випрямленим струмом 1 А. Я з'єднав виходи випрямлячів послідовно з метою збільшення вихідної напруги.
Також можна використовувати два випрямлячі із середньою точкою. Такий випрямляч вимагає вдвічі менше діодів, але при цьому і вихідна напруга знижується вдвічі.
Потім пульсуюча напруга згладжується за допомогою ємнісного фільтра - конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для захисту від підвищеної напруги генерується паралельно конденсатору включений стабілітрон на 25 В. 
схема мого вітрогенератора
електронний блок мого вітрогенератора
Застосування вітрогенератора
Напруга, що виробляється вітрогенератором, залежить від величини і сталості швидкості вітру.
При вітрі, що колишає тонкі гілки дерев, напруга досягає 2...3 В.
При вітрі, що колишає товсті гілки дерев, напруга досягає 4...5 В (при сильних поривах - до 7 В).
ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО JOULE THIEF
Згладжена напруга з конденсатора вітрогенератора може подаватися на низьковольтний DC-DCперетворювач 
Значення опору резистора Rпідбирається експериментально (залежно від типу транзистора) - доцільно використовувати змінний резистор на 4,7 кім і поступово зменшувати його опір, домагаючись стабільної роботи перетворювача.
Я зібрав такий перетворювач на базі германієвого pnp-транзистора ГТ308В ( VT) та імпульсного трансформатора МІТ-4В (котушка L1- висновки 2-3, L2- висновки 5-6): 
ЗАРЯД ІОНІСТОРІВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ)
Іоністор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) являє собою гібрид конденсатора та хімічного джерела струму.
Іоністор - неполярнийелемент, але один із висновків може бути позначений "стрілкою" - для позначення полярності залишкової напруги після заряджання на заводі-виробнику.
Для початкових досліджень я використав іоністор ємністю 0,22 Ф на напругу 5,5 В (діаметр 11,5 мм, висота 3,5 мм):
Я підключив його через діод до виходу через германієвий діод Д310.
Для обмеження максимальної напруги зарядки іоністора можна використовувати стабілітрон або ланцюжок світлодіодів - я використовую ланцюжок з двохчервоних світлодіодів: 
Для запобігання розряду вже зарядженого іоністора через обмежувальні світлодіоди HL1і HL2я додав ще один діод - VD2.
Далі буде
Валявся у мене кроковий двигун і вирішив я його спробувати використовувати як генератор. Двигун був знятий зі старого матричного принтера, написи на ньому наступні: EPM-142 EPM-4260 7410. Двигун попався уніполярний, це означає, що у цього двигуна 2 обмотки з відведенням від середини, опір обмоток склав 2х6ом.
Для тесту потрібний інший двигун, щоб розкрутити кроковий. Конструкція та кріплення двигунів показані на рисунках нижче:
Ролик від двигуна у мене загубився, тому я надів пасту...
Плавно запускаємо двигун, щоб гумка не злетіла. Треба сказати що на високих оборотах вона все ж таки злітає, тому напруга вище 6 вольт не піднімав.
Підключаємо вольтметр і починаємо тестувати, спершу міряємо напругу.
Виставляємо напругу на БП близько 6 вольт, при цьому двигун споживає 0.2 Ампер, для порівняння на холостому ходу двигун їв 0.09А
Думаю нічого пояснювати не потрібно і все зрозуміло на фотографії нижче. Напруга склала 16 вольт, обороти двигуна, що розкручує, не великі, думаю якщо сильніше розкрутити то, можна і всі 20 вольт вичавити.
Підключаємо через діодний міст (і конденсатор не забуваємо, інакше можна спалити світлодіоди) стрічку із надяскравими світлодіодами, потужність якого 0.5 ват.
Виставляємо напругу трохи менше 5 вольт, так щоб кроковий двигун після мосту видавав близько 12 вольт.
Світить! Напруга при цьому з 12 вольт просіло до 8 і двигун став розкручувати трохи повільніше. Струм КЗ без світлодіодної стрічки склав 0.08А - нагадаю, що двигун, що розкручує, працював НЕ на повну потужність, і не забуваємо про другу обмотку крокового двигуна, просто паралелити їх не можна, а збирати схему мені не хотілося.
Думаю, з крокового двигуна можна виготовити непоганий генератор, причепити його на велосипед або зробити на його основі вітрогенератор.
Як генератор на вітряк підійде кроковий двигун (ШД) для принтера. Навіть за невеликої швидкості обертання він виробляє потужність близько 3 Вт. Напруга може підніматися вище 12 В, що дозволяє заряджати невеликий акумулятор.
Принципи використання
Характерна для російського клімату турбулентність вітру у приземних шарах призводить до постійних змін його напряму та інтенсивності. Вітрогенератори великих розмірів, потужність яких перевищує 1 кВт будуть інерційними. В результаті вони не встигнуть повністю розкрутитись при зміні напряму вітру. Цьому також заважає момент інерції у площині обертання. Коли бічний вітер діє на працюючий вітряк, він зазнає величезних навантажень, які можуть призвести до його швидкого виходу з ладу.
Доцільно застосовувати вітрогенератор малої потужності, виготовлений своїми руками, що має незначну інерційність. За допомогою їх можна заряджати малопотужні акумулятори мобільних телефонів або використовувати для освітлення дачі світлодіодами.
Надалі краще орієнтуватися на споживачів, що не потребують перетворення енергії, що виробляється, наприклад, для підігріву води. Кілька десятків ватів енергії цілком може вистачити для підтримки температури гарячої води або для додаткового підігріву системи опалення, щоб вона не перемерзала взимку.
Електрична частина
Генератором у вітряк можна встановити кроковий двигун (ШД) для принтера.
Навіть за невеликої швидкості обертання він виробляє потужність близько 3 Вт. Напруга може підніматися вище 12 В, що дозволяє заряджати невеликий акумулятор. Інші генератори ефективно працюють при швидкості обертання більше 1000 об/хв, але вони не підійдуть, оскільки вітряк обертається зі швидкістю 200-300 об/хв. Тут необхідний редуктор, але створює додатковий опір і до того ж має високу вартість.
У генераторному режимі у крокового двигуна виробляється змінний струм, який легко перетворити на постійний, використовуючи пару діодних мостів та конденсатори. Схему легко зібрати власноруч.
Встановивши за мостами стабілізатор, отримаємо постійну вихідну напругу. Для візуального контролю можна підключити світлодіод. Щоб зменшити втрати напруги для його випрямлення, застосовуються діоди Шоттки.
Надалі можна буде створити вітряк із потужнішим ШД. Такий вітрогенератор матиме великий момент торкання. Проблему можна усунути, відключаючи навантаження під час пуску та при малих обертах.
Як зробити вітрогенератор
Лопаті можна виготовити своїми руками із труби ПВХ. Потрібна кривизна підбирається, якщо взяти її із певним діаметром. Заготівлю лопаті малюють на трубі, а потім вирізують відрізним диском. Розмах гвинта становить близько 50 см, а ширина лопатей - 10 см. Після цього слід виточити втулку з фланцем під розмір валу ШД.
Вона насаджується на вал двигуна і додатково кріпиться гвинтами, а до фланців кріпляться пластикові лопаті. На фото зображено дві лопаті, але можна зробити чотири, прикрутивши ще дві аналогічні під кутом 90 º. Для більшої твердості під головки гвинтів слід встановити загальну пластину. Вона щільніше притисне лопаті до фланця.
Вироби із пластику довго не служать. Тривалий вітер із швидкістю понад 20 м/с такі лопаті не витримають.
Генератор вставляється в шматок труби, якого він кріпиться болтами.
До труби з торця кріпиться флюгер, що є ажурною і легкою конструкцією з дюралюмінію. Вітрогенератор тримається на вертикальній привареній осі, яка вставляється в трубу щогли з можливістю обертання. Під фланець можна встановити упорний підшипник або полімерні шайби, що знижують тертя.
Більшість конструкцій вітряк містить випрямляч, який кріпиться до рухомої частини. Це робити недоцільно через збільшення інерційності. Електричну плату можна розмістити внизу, а до неї вивести вниз дроти від генератора. Зазвичай з крокового двигуна виходить до 6 дротів, що відповідають двом котушкам. Їх потрібні токосъемные кільця передачі електроенергії від рухомої частини. Там досить складно встановити щітки. Механізм струмознімання може виявитися складнішим, ніж сам вітрогенератор. Ще було б краще розмістити вітряк так, щоб вал генератора був вертикально. Тоді дроти не заплітатимуться навколо щогли. Такі вітрогенератори складніші, зате зменшується інерційність. Конічна передача тут буде якраз. При цьому можна збільшити обороти валу генератора, підібравши необхідні шестірні своїми руками.
Закріпивши вітряк на висоті 5-8 м, можна починати проводити випробування та збирати дані про його можливості, щоб надалі встановити досконалішу конструкцію.
В даний час стають популярними вертикально-осьові вітрогенератори.
Деякі конструкції добре витримують навіть урагани. Добре себе зарекомендували комбіновані конструкції, що працюють за будь-якого вітру.
Висновок
Маломощний вітрогенератор надійно працює через малу інерційність. Його легко виготовляють у домашніх умовах та використовують переважно для підзарядки невеликих акумуляторів. Він може стати в нагоді в заміському будинку, на дачі, в поході, коли виникають проблеми з електрикою.
